Συσκευή Golgi: Λειτουργία, Δομή (με Αναλογία & Διάγραμμα)

Περιεχόμενο

• Δομή του σώματος του Golgi
• Golgi Δομή και Μεταφορές
• Ένζυμα: Η σχέση ανάμεσα στη δομή και τη λειτουργία
• Ένζυμα και Μεταφορές
• Ρόλος στην έκφραση γονιδίων
• Μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις
• Ρόλος στο σχηματισμό φυσαλίδων
• Τύποι μεταφορέων φυσαλίδων
• Η λειτουργία του Golgi είναι ένα Τρέχον Μυστήριο

Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν κατασκευάσει ένα κυτταρικό μοντέλο για μια επιστημονική έκθεση ή ένα έργο επιστήμης στην τάξη και λίγα συστατικά ευκαρυωτικών κυττάρων είναι τόσο ενδιαφέροντα για να τα δούμε ή να οικοδομήσουμε Συσκευές Golgi.

Σε αντίθεση με πολλά οργανίδια, τα οποία τείνουν να έχουν πιο ομοιόμορφα και συχνά στρογγυλά σχήματα, η συσκευή Golgi - που ονομάζεται επίσης το σύμπλεγμα Golgi, το σώμα Golgi ή ακόμα και μόνο το Golgi - είναι μια σειρά επίπεδων δίσκων ή σακουλών που στοιβάζονται μαζί.

Στον περιστασιακό παρατηρητή, η συσκευή Golgi μοιάζει με μια ματιά του πουλιού σε ένα λαβύρινθο ή ίσως ακόμα και ένα κομμάτι κορδέλας.

Αυτή η ενδιαφέρουσα δομή βοηθά τη συσκευή Golgi με το ρόλο της ως μέρος της ενδομεμβρανικού συστήματος, που περιλαμβάνει το σώμα Golgi και μερικά άλλα οργανίδια, συμπεριλαμβανομένων των λυσοσωμάτων και του ενδοπλασμικού δικτύου.

Αυτά τα οργανίδια ενώνονται μεταξύ τους για να αλλάξουν, να συσκευάσουν και να μεταφέρουν σημαντικές κυτταρικές περιεκτικότητες, όπως λιπίδια και πρωτεΐνες.

Αναλογία συσκευών Golgi: η συσκευή Golgi αναφέρεται μερικές φορές ως το εργοστάσιο συσκευασίας ή το ταχυδρομείο του κυττάρου επειδή λαμβάνει μόρια και τις κάνει αλλαγές, κατόπιν ταξινομεί και διευθύνει αυτά τα μόρια για μεταφορά σε άλλες περιοχές του κυττάρου, ακριβώς όπως το ταχυδρομείο κάνει με γράμματα και πακέτα.

Δομή του σώματος του Golgi

Η δομή της συσκευής Golgi είναι κρίσιμη για τη λειτουργία της.

Κάθε μία από τις επίπεδες σακούλες της μεμβράνης που στοιβάζονται μαζί για να σχηματίσουν το οργανίδιο ονομάζονται cisternae. Στους περισσότερους οργανισμούς, υπάρχουν τέσσερις έως οκτώ από αυτούς τους δίσκους, αλλά μερικοί οργανισμοί μπορούν να έχουν έως και 60 cisternae σε ένα μόνο σώμα Golgi. Οι χώροι ανάμεσα σε κάθε θήκη είναι εξίσου σημαντικοί με τους ίδιους τους θύλακες.

Αυτοί οι χώροι είναι η συσκευή Golgi μονάδα φωτισμού.

Οι επιστήμονες διαιρούν το σώμα του Golgi σε τρία μέρη: οι δεξαμενές κοντά στο ενδοπλασματικό δίκτυο, το οποίο είναι το cis διαμέρισμα; οι δεξαμενές μακριά από το ενδοπλασματικό δίκτυο, το οποίο είναι το trans διαμέρισμα; και οι μεσαίες δεξαμενές, που ονομάζονται μέσος διαμέρισμα.

Αυτές οι ετικέτες είναι σημαντικές για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας της συσκευής Golgi επειδή οι εξόχως απόκεντρες πλευρές ή τα δίκτυα του σώματος του Golgi εκτελούν πολύ διαφορετικές λειτουργίες.

Εάν σκεφτείτε τη συσκευή Golgi ως μονάδα συσκευασίας του κυττάρου, μπορείτε να απεικονίσετε την πλευρά του cis ή το cis πρόσωπο, όπως η αποβάθρα του Golgis. Εδώ, η συσκευή Golgi παίρνει φορτίο που αποστέλλεται από το ενδοπλασματικό δίκτυο μέσω ειδικών μεταφορέων που ονομάζονται κυστίδια.

Η αντίθετη πλευρά, που ονομάζεται trans πρόσωπο, είναι η ναυτιλιακή αποβάθρα του σώματος Golgi.

Golgi Δομή και Μεταφορές

Μετά τη διαλογή και τη συσκευασία, η συσκευή Golgi απελευθερώνει πρωτεΐνες και λιπίδια από το trans face.

Το οργανίδιο φορτώνει το φορτίο πρωτεΐνης ή λιπιδίου μεταφορείς κυστιδίων, το οποίο φεύγει από το Golgi και προορίζεται για άλλα μέρη του κελιού. Για παράδειγμα, κάποιο φορτίο μπορεί να μεταφερθεί στο λυσοσόμο για ανακύκλωση και υποβάθμιση.

Άλλο φορτίο μπορεί να τελειώσει ακόμη και έξω από το κελί μετά από αποστολή στην κυτταρική μεμβράνη πλάσματος.

Το κελί κυτταροσκελετού, η οποία είναι μια μήτρα δομικών πρωτεϊνών που δίνουν στο κύτταρο το σχήμα του και βοηθούν στην οργάνωση του περιεχομένου του, αγκυρώνει το σώμα Golgi στη θέση του κοντά στο ενδοπλασματικό δίκτυο και τον πυρήνα των κυττάρων.

Δεδομένου ότι αυτά τα οργανίδια συνεργάζονται για την οικοδόμηση σημαντικών βιομορίων, όπως πρωτεΐνες και λιπίδια, είναι λογικό να δημιουργήσουν κατάστημα σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους.

Μερικές από τις πρωτεΐνες στον κυτταροσκελετό, που ονομάζονται μικροσωληνίσκοι, να ενεργούν σαν σιδηροδρομικές διαδρομές ανάμεσα σε αυτά τα οργανίδια καθώς και σε άλλες θέσεις μέσα στο κελί. Αυτό διευκολύνει τα κυστίδια μεταφοράς να μεταφέρουν φορτίο μεταξύ των οργανιδίων και στους τελικούς προορισμούς τους στο κελί.

Ένζυμα: Η σχέση ανάμεσα στη δομή και τη λειτουργία

Αυτό που συμβαίνει στο Golgi ανάμεσα στο να δεχτεί το φορτίο στο πρόσωπο του cis και να το αποστείλει ξανά στο τραπέζι είναι ένα από τα σημαντικότερα έργα της συσκευής Golgi. Η κινητήρια δύναμη πίσω από αυτή τη λειτουργία καθοδηγείται επίσης από τις πρωτεΐνες.

Οι θύλακες των δεξαμενών σε διάφορα διαμερίσματα του σώματος του Golgi περιέχουν μια ειδική κατηγορία πρωτεϊνών που ονομάζονται ένζυμα. Τα συγκεκριμένα ένζυμα σε κάθε σακκούλα του επιτρέπουν να τροποποιεί τα λιπίδια και τις πρωτεΐνες καθώς περνούν από το cis πρόσωπο μέσω του διαμεσολαβητικού διαμερίσματος στο δρόμο προς το trans face.

Αυτές οι τροποποιήσεις που εκτελούνται από τα διάφορα ένζυμα στους θύλακες των δεξαμενών καθιστούν μια τεράστια διαφορά στα αποτελέσματα των τροποποιημένων βιομορίων. Μερικές φορές οι τροποποιήσεις βοηθούν τα μόρια να λειτουργούν και να είναι σε θέση να κάνουν τις δουλειές τους.

Σε άλλες περιπτώσεις, οι τροποποιήσεις λειτουργούν σαν ετικέτες που ενημερώνουν το κέντρο αποστολής συσκευών Golgi για τον τελικό προορισμό των βιομορίων.

Αυτές οι τροποποιήσεις επηρεάζουν τη δομή των πρωτεϊνών και των λιπιδίων. Για παράδειγμα, τα ένζυμα ενδέχεται να απομακρύνουν τις πλευρικές αλυσίδες του σακχάρου ή να προσθέσουν στο φορτίο ζάχαρη, λιπαρά οξέα ή φωσφορικές ομάδες.

••• Sciencing

Ένζυμα και Μεταφορές

Τα συγκεκριμένα ένζυμα που υπάρχουν σε κάθε μία από τις δεξαμενές καθορίζουν ποιες τροποποιήσεις συμβαίνουν σε εκείνες τις θειικές θήκες. Για παράδειγμα, μία τροποποίηση διασπά τη μαννόζη του σακχάρου. Αυτό συμβαίνει συνήθως στα προηγούμενα cis ή μεσαία διαμερίσματα, με βάση τα ένζυμα που υπάρχουν εκεί.

Μια άλλη τροποποίηση προσθέτει τη γαλακτόζη ζάχαρης ή μια θειική ομάδα στα βιομόρια. Αυτό συμβαίνει γενικά κοντά στο τέλος του ταξιδιού του φορτίου μέσω του σώματος Golgi στο trans διαμέρισμα.

Δεδομένου ότι πολλές από τις τροποποιήσεις λειτουργούν σαν ετικέτες, η συσκευή Golgi χρησιμοποιεί αυτές τις πληροφορίες στο trans face για να εξασφαλίσει ότι τα πρόσφατα αλλαγμένα λιπίδια και πρωτεΐνες τελειώνουν στον σωστό προορισμό. Μπορείτε να φανταστείτε αυτό σαν ένα ταχυδρομείο που σφραγίζει πακέτα με ετικέτες διευθύνσεων και άλλες οδηγίες αποστολής για τους χειριστές αλληλογραφίας.

Το σώμα Golgi ταξινομεί το φορτίο με βάση αυτές τις ετικέτες και φορτώνει τα λιπίδια και τις πρωτεΐνες στο κατάλληλο μεταφορείς κυστιδίων, έτοιμος να στείλει έξω.

Ρόλος στην έκφραση γονιδίων

Πολλές από τις αλλαγές που λαμβάνουν χώρα στις δεξαμενές της συσκευής Golgi είναι μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις.

Αυτές είναι οι αλλαγές που έγιναν στις πρωτεΐνες αφού η πρωτεΐνη έχει ήδη κατασκευαστεί και διπλωθεί. Για να κατανοήσετε αυτό, θα πρέπει να ταξιδέψετε προς τα πίσω στο σχήμα της πρωτεϊνικής σύνθεσης.

Μέσα στον πυρήνα κάθε κυττάρου, υπάρχει DNA, το οποίο λειτουργεί σαν ένα μπλε για την κατασκευή βιομορίων όπως πρωτεΐνες. Το πλήρες σύνολο DNA, που ονομάζεται ανθρώπινο γονιδίωμα, περιέχει τόσο γονίδια που δεν κωδικοποιούν το DNA όσο και κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Οι πληροφορίες που περιέχονται σε κάθε γονίδιο κωδικοποίησης παρέχουν τις οδηγίες για την οικοδόμηση αλυσίδων αμινοξέων.

Τελικά, αυτές οι αλυσίδες διπλώνουν σε λειτουργικές πρωτεΐνες.

Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει σε κλίμακα ενός προς ένα. Δεδομένου ότι υπάρχουν τρόποι, τρόπος περισσότερο ανθρώπινες πρωτεΐνες από ό, τι υπάρχουν γονίδια κωδικοποίησης στο γονιδίωμα, κάθε γονίδιο πρέπει να έχει την ικανότητα να παράγει πολλαπλές πρωτεΐνες.

Σκεφτείτε με αυτό τον τρόπο: εάν οι επιστήμονες εκτιμούν ότι υπάρχουν περίπου 25.000 ανθρώπινα γονίδια και πάνω από 1 εκατομμύριο ανθρώπινες πρωτεΐνες, αυτό σημαίνει ότι οι άνθρωποι απαιτούν πάνω από 40 φορές περισσότερες πρωτεΐνες από ό, τι έχουν μεμονωμένα γονίδια.

Μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις

Η λύση για την κατασκευή τόσων πολλών πρωτεϊνών από ένα σχετικά μικρό σύνολο γονιδίων είναι μετα-μεταφραστική τροποποίηση.

Αυτή είναι η διαδικασία με την οποία το κύτταρο κάνει χημικές τροποποιήσεις στις νεοσχηματισμένες πρωτεΐνες (και παλαιότερες πρωτεΐνες σε άλλες εποχές) προκειμένου να αλλάξει τι κάνει η πρωτεΐνη, όπου εντοπίζει και πώς αλληλεπιδρά με άλλα μόρια.

Υπάρχουν μερικοί συνηθισμένοι τύποι μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων. Αυτές περιλαμβάνουν φωσφορυλίωση, γλυκοζυλίωση, μεθυλίωση, ακετυλίωση και λιπιδίωση.

Η μετα-μεταφραστική τροποποίηση επιτρέπει στο κύτταρο να κατασκευάζει μια μεγάλη ποικιλία πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας ένα σχετικά μικρό αριθμό γονιδίων. Αυτές οι τροποποιήσεις αλλάζουν τον τρόπο συμπεριφοράς των πρωτεϊνών και συνεπώς επηρεάζουν τη συνολική λειτουργία των κυττάρων. Για παράδειγμα, μπορούν να αυξήσουν ή να μειώσουν κυτταρικές διαδικασίες όπως κυτταρική ανάπτυξη, κυτταρικό θάνατο και κυτταρική σηματοδότηση.

Ορισμένες μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις επηρεάζουν τις κυτταρικές λειτουργίες που σχετίζονται με την ασθένεια του ανθρώπου, οπότε η εκτίμηση του τρόπου και του τρόπου με τον οποίο συμβαίνουν οι τροποποιήσεις μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να αναπτύξουν φάρμακα ή άλλες θεραπείες για αυτές τις συνθήκες υγείας.

Ρόλος στο σχηματισμό φυσαλίδων

Μόλις οι τροποποιημένες πρωτεΐνες και τα λιπίδια φθάσουν στην τραβέρσα, είναι έτοιμα για ταξινόμηση και φόρτωση στα κυστίδια μεταφοράς που θα τα μεταφέρουν στους τελικούς προορισμούς τους στο κύτταρο. Για να γίνει αυτό, το σώμα Golgi βασίζεται σε εκείνες τις τροποποιήσεις που δρουν ως ετικέτες, λέγοντας στο όργανο όπου στο φορτίο.

Η συσκευή Golgi φορτώνει το ταξινομημένο φορτίο σε μεταφορείς κυλίνδρων, οι οποίοι θα ξεσηκώσουν το σώμα του Golgi και θα μεταβούν στον τελικό προορισμό για να παραδώσουν το φορτίο.

ΕΝΑ φισαλίδα ακούγεται περίπλοκο, αλλά είναι απλώς μια χάντρα υγρού που περιβάλλεται από μια μεμβράνη που προστατεύει το φορτίο κατά τη διάρκεια της φυσαλιδώδους μεταφοράς. Για τη συσκευή Golgi υπάρχουν τρεις τύποι κυστίδια μεταφοράς: εξωκυτογόνο κυστίδια, εκκριτικός κυστίδια και λυσοσωμικό κυστίδια.

Τύποι μεταφορέων φυσαλίδων

Τόσο τα εξωκυτταρικά όσο και τα εκκρινόμενα κυστίδια περιβάλλουν το φορτίο και τον μετακινούν στη μεμβράνη κυττάρων για απελευθέρωση εκτός της κυψελίδας.

Εκεί, το κυστίδιο διασυνδέεται με τη μεμβράνη και απελευθερώνει το φορτίο έξω από το κύτταρο μέσω ενός πόρου στη μεμβράνη. Μερικές φορές αυτό συμβαίνει αμέσως μετά την αποβίβαση στη κυτταρική μεμβράνη. Σε άλλες περιπτώσεις, το κυστίδιο μεταφοράς μεταφέρεται στη μεμβράνη κυττάρων και στη συνέχεια κρέμεται έξω, περιμένοντας σήματα έξω από το κελί πριν από την απελευθέρωση του φορτίου.

Ένα καλό παράδειγμα εξωκυτταρικού φορτίου είναι ένα αντίσωμα που ενεργοποιείται από το ανοσοποιητικό σύστημα, το οποίο πρέπει να εγκαταλείψει το κύτταρο για να κάνει τη δουλειά του για να καταπολεμήσει τους παθογόνους παράγοντες. Οι νευροδιαβιβαστές όπως η αδρεναλίνη είναι ένας τύπος μορίου που βασίζεται σε εκκριτικά κυστίδια.

Αυτά τα μόρια λειτουργούν σαν σήματα για να βοηθήσουν στον συντονισμό μιας απάντησης σε μια απειλή, όπως κατά τη διάρκεια "αγώνα ή πτήσης".

Τα κυστίδια μεταφοράς λυσοσωμάτων μεταφέρουν το φορτίο στο λυσοσώματος, το οποίο είναι το κέντρο ανακύκλωσης του κυττάρου. Αυτό το φορτίο είναι γενικά κατεστραμμένο ή παλαιό, οπότε το λυσοσώμη λουρίζει για εξαρτήματα και υποβαθμίζει τα ανεπιθύμητα συστατικά.

Η λειτουργία του Golgi είναι ένα Τρέχον Μυστήριο

Το σώμα Golgi είναι αναμφίβολα ένα πολύπλοκο και μια ώριμη περιοχή για συνεχή έρευνα. Στην πραγματικότητα, παρόλο που το Golgi παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το 1897, οι επιστήμονες εξακολουθούν να εργάζονται σε ένα μοντέλο που εξηγεί πλήρως πώς λειτουργεί η συσκευή Golgi.

Ένας χώρος συζήτησης είναι το πώς ακριβώς το φορτίο κινείται από το cis πρόσωπο στο trans πρόσωπο.

Κάποιοι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα κυστίδια φέρουν το φορτίο από μια θήκη με το κιβώτιο στο επόμενο. Άλλοι ερευνητές πιστεύουν ότι οι ίδιες οι κιθάρες κινούνται, ωριμάζουν καθώς μετακινούνται από το διαμέρισμα cis στο trans διαμέρισμα και μεταφέρουν το φορτίο μαζί τους.

Το τελευταίο είναι το μοντέλο ωρίμανσης.