Апарат Гольджі: функція, структура (з аналогією та діаграмою)

Зміст

• Будова тіла Гольджі
• Структура та транспорт Гольджі
• Ферменти: зв’язок між структурою та функцією
• Ферменти та транспорт
• Роль у генній експресії
• Пост-трансляційні модифікації
• Роль у формуванні везикул
• Види транспортерів везикул
• Функція Гольджі - це таємниця, що триває

Більшість людей побудували модель клітинок для наукового ярмарку чи наукового проекту в класі, і мало хто з компонентів еукаріотичних клітин так само цікаво подивитися або побудувати, як Апарат Гольджі.

На відміну від багатьох органел, які, як правило, мають більш рівномірні і часто круглі форми, апарат Гольджі - також його називають комплексом Гольджі, тілом Гольджі або навіть просто Гольджі - це серія плоских дисків або пакетиків, складених разом.

Для випадкового спостерігача апарат Гольджі схожий на пташиний погляд на лабіринт або, можливо, навіть на шматок стрічкової цукерки.

Ця цікава структура допомагає апарату Гольджі в його ролі як частини ендомембранна система, що включає тіло Гольджі та кілька інших органел, включаючи лізосоми та ендоплазматичний ретикулум.

Ці органели об'єднуються, щоб змінювати, упаковувати та транспортувати важливий вміст клітин, наприклад ліпіди та білки.

Аналогія апарату Гольджі: Апарат Гольджі іноді називають пакувальним заводом або поштовим відділенням клітини, тому що він отримує молекули і вносить зміни до них, а потім сортує та адресує ці молекули для транспортування до інших областей клітини, як і поштове відділення з листами і пакети.

Будова тіла Гольджі

Структура апарату Гольджі має вирішальне значення для його функції.

Кожен з плоских мішечків з мембраною, які складаються між собою, утворюючи органелу, називають цистерни. У більшості організмів таких дисків є чотири-вісім, але деякі організми можуть мати до 60 цистерн в одному тілі Гольджі. Проміжки між кожним пакетом так само важливі, як і самі мішечки.

Ці простори - це апарат Гольджі просвіт.

Вчені ділять тіло Гольджі на три частини: цистерни, близькі до ендоплазматичного ретикулуму, який є цис купе; цистерни далеко від ендоплазматичного ретикулума, який є транс купе; і середні цистерни, що називаються медіальне купе.

Ці мітки важливі для розуміння того, як працює апарат Гольджі, оскільки самі зовнішні сторони або мережі тіла Гольджі виконують дуже різні функції.

Якщо ви вважаєте, що апарат Гольджі є фабрикою для пакування стільникових клітин, ви можете візуалізувати цис-бік або обличчя цис як приймальний пристрій Голджі. Тут апарат Гольджі приймає вантаж, відправлений з ендоплазматичного ретикулуму спеціальними транспортерами під назвою везикули.

Протилежна сторона, що називається транс-обличчям, - це транспортний док кузова Гольджі.

Структура та транспорт Гольджі

Після сортування та упаковки апарат Гольджі вивільняє білки та ліпіди з боку обличчя.

Органел завантажує білок або ліпідний вантаж везикулярні транспортери, що відштовхується від Гольджі, призначеного для інших місць у камері. Наприклад, частина вантажу може йти в лізосому для переробки та деградації.

Інший вантаж може навіть закінчитися поза камерою після доставки до плазматичної мембрани клітин.

Осередок цитоскелет, яка є матрицею структурних білків, які надають клітині форму і допомагають впорядкувати її вміст, закріплюють тіло Гольджі на місці біля ендоплазматичного ретикулуму та клітинного ядра.

Оскільки ці органели працюють разом для створення важливих біомолекул, таких як білки та ліпіди, для них є сенс створити магазин в безпосередній близькості один від одного.

Частина білків у цитоскелеті, що називається мікротрубочки, діють як залізничні колії між цими органелами, а також іншими місцями всередині клітини. Це полегшує транспортним везикулам переміщення вантажу між органелами та кінцевими пунктами призначення в клітині.

Ферменти: зв’язок між структурою та функцією

Те, що відбувається на Гольджі між прийняттям вантажу на обличчя цис та перевезенням його знову на передовій, є однією з головних робіт апарату Гольджі. Рушійною силою цієї функції також керуються білки.

Мішечки цистерн у різних відділеннях тіла Гольджі містять особливий клас білків ферменти. Специфічні ферменти в кожному мішечку дозволяють йому змінювати ліпіди та білки, коли вони проходять від цис-лиця через медіальне відділення на шляху до транс-обличчя.

Ці модифікації, що виконуються різними ферментами в мішках цистерн, роблять величезну різницю в результатах модифікованих біомолекул. Іноді модифікації допомагають зробити молекули функціональними та здатними виконувати свою роботу.

В інший час модифікації діють як етикетки, які інформують центр транспортування апарату Гольджі про кінцеве місце призначення біомолекул.

Ці модифікації впливають на структуру білків і ліпідів. Наприклад, ферменти можуть видаляти бічні ланцюги цукру або додавати до вантажу цукор, жирну кислоту або фосфатні групи.

••• Наукові роботи

Ферменти та транспорт

Специфічні ферменти, присутні в кожній цистерні, визначають, які модифікації відбуваються в цих цистернальних пакетах. Наприклад, одна модифікація розщеплює цукрову маннозу. Зазвичай це відбувається в попередніх цис- або медіальних відділеннях на основі присутніх там ферментів.

Інша модифікація додає цукрову галактозу або сульфатну групу до біомолекул. Зазвичай це відбувається наприкінці подорожі вантажу через кузов Гольджі в купе.

Оскільки багато модифікацій діють як етикетки, апарат Гольджі використовує цю інформацію на обличчі, щоб гарантувати, що щойно змінені ліпіди та білки закінчуються в правильному місці призначення. Ви можете уявити це, як пакунки для штампування поштового відділення з адресними ярликами та іншими інструкціями щодо доставки для обробників пошти.

Тіло Гольджі сортує вантаж на основі цих міток і завантажує ліпіди та білки у відповідні везикулярні транспортери, готовий до відправлення.

Роль у генній експресії

Багато змін, які відбуваються в цистернах апарату Гольджі, є пост-трансляційні модифікації.

Це зміни, що вносяться до білків після того, як білок вже побудований і складений. Щоб зрозуміти це, вам потрібно буде рухатися назад у схемі синтезу білка.

Усередині ядра кожної клітини є ДНК, яка діє як синій для побудови біомолекул, як білки. Повний набір ДНК, що називається геном людини, містить як некодуючу ДНК, так і гени, що кодують білок. Інформація, що міститься в кожному кодує гені, дає інструкції щодо побудови ланцюгів амінокислот.

Врешті ці ланцюги складаються у функціональні білки.

Однак це не відбувається в масштабі один на один. Оскільки існує спосіб, значно більше людських білків, ніж генів, що кодують в геномі, кожен ген повинен мати здатність виробляти кілька білків.

Подумайте про це так: якщо вчені підрахують, що існує близько 25 000 генів людини і понад 1 мільйон білків людини, це означає, що людині потрібно в 40 разів більше білків, ніж у них окремих генів.

Пост-трансляційні модифікації

Рішенням для створення стільки білків з такого відносно невеликого набору генів є посттрансляційна модифікація.

Це процес, за допомогою якого клітина вносить хімічні модифікації новоутворених білків (і старих білків в інші часи), щоб змінити те, що робить білок, де він локалізується та як взаємодіє з іншими молекулами.

Існує кілька поширених типів пост-трансляційних модифікацій. До них належать фосфорилювання, глікозилювання, метилювання, ацетилювання та ліпідація.

Пост-трансляційна модифікація дає змогу клітині будувати найрізноманітніші білки, використовуючи відносно невелику кількість генів. Ці модифікації змінюють спосіб поведінки білків і, отже, впливають на загальну функцію клітин. Наприклад, вони можуть збільшувати або зменшувати клітинні процеси, такі як ріст клітин, загибель клітин та сигналізація клітин.

Деякі посттрансляційні модифікації впливають на функції клітин, пов’язані з хворобою людини, тому з'ясування того, як і чому відбуваються модифікації, може допомогти вченим розробити ліки або інші методи лікування цих станів здоров'я.

Роль у формуванні везикул

Як тільки модифіковані білки та ліпіди досягають трансформації, вони готові до сортування та завантаження у транспортні везикули, які транспортуватимуть їх до кінцевих пунктів призначення у клітині. Для цього тіло Гольджі спирається на ті модифікації, які виконують роль етикетки, розповідаючи органели, куди слід брати вантаж.

Апарат Гольджі завантажує відсортований вантаж у транспортери везикул, які відхиляться від тіла Гольджі та їдуть до кінцевого пункту призначення, щоб доставити вантаж.

А везикул звучить складно, але це просто намисто рідини, оточене мембраною, яка захищає вантаж під час везикулярного транспорту. Для апарату Гольджі існує три типи транспортних везикул: екзоцитотичний везикули, секреторний везикули і лізосомальний везикули.

Види транспортерів везикул

І екзоцитотичні, і секреторні везикули захоплюють вантаж і переміщують його до клітинної мембрани для вивільнення поза клітини.

Там везикула зливається з мембраною і вивільняє вантаж поза клітиною через пори в мембрані. Іноді це відбувається одразу після стикування на мембрані клітини. В інший час транспортна везикула стикається на клітинній мембрані, а потім висить, чекаючи сигналів ззовні клітини, перш ніж звільнити вантаж.

Хорошим прикладом екзоцитотичного везикулярного вантажу є антитіло, активоване імунною системою, яке потрібно покинути клітину, щоб виконати свою роботу для боротьби з патогенами. Нейромедіатори, такі як адреналін, - це тип молекули, яка спирається на секреторні везикули.

Ці молекули діють як сигнали, що допомагають координувати відповідь на загрозу, наприклад, під час "бійки чи втечі".

Лізосомальні транспортні везикули переміщують вантаж до лізосома, що є центром утилізації клітини. Цей вантаж, як правило, пошкоджений або старий, тому лізосома знімає його на частини та деградує небажані компоненти.

Функція Гольджі - це таємниця, що триває

Тіло Гольджі, без сумніву, є складною і стиглою областю для постійних досліджень. Насправді, навіть незважаючи на те, що Гольджі вперше був помічений у 1897 році, вчені все ще працюють над моделлю, яка повністю пояснює, як функціонує апарат Гольджі.

Однією з областей дебатів є те, як саме вантаж переміщується від цис до обличчя.

Деякі вчені вважають, що везикули перевозять вантаж від однієї цистерни до другої. Інші дослідники вважають, що цистерни самі рухаються, дозріваючи, рухаючись від цистерни до купе і перевозячи вантаж із собою.

Останнє - це модель дозрівання.