Golgi Apparat Merkmale, Funktionen und Strukturen

Die Golgi-Apparat, auch bekannt als der Golgi-Komplex, ist eine häutige Zellorganelle, die aus einem Satz flacher Vesikel gebildet wird, die aufeinandergestapelt sind; Diese Taschen haben Flüssigkeit im Inneren. Es findet sich in einer Vielzahl von Eukaryoten, wie Tieren, Pflanzen und Pilzen.

Diese Organelle ist verantwortlich für die Verarbeitung, Verpackung, Klassifizierung, Verteilung und Modifikation von Proteinen. Darüber hinaus spielt es auch eine Rolle bei der Synthese von Lipiden und Kohlenhydraten. Auf der anderen Seite tritt in den Pflanzen im Golgi-Apparat die Synthese von Zellwandkomponenten auf.

Der Golgi-Apparat wurde 1888 entdeckt, während er Nervenzellen studierte; sein Entdecker Camillo Golgi gewann den Nobelpreis. Die Struktur ist durch Anfärben mit Silberchromat nachweisbar.

Zunächst war die Existenz des Organs für die damaligen Wissenschaftler zweifelhaft und sie führten die Beobachtungen von Golgi auf einfache Artefakte der eingesetzten Techniken zurück.

Index

• 1 Allgemeine Eigenschaften
• 2 Struktur und Zusammensetzung
  • 2.1 Strukturelle Ausnahmen
  • 2.2 Regionen des Golgi-Komplexes
• 3 Funktionen
  • 3.1 Glycosylierung von Proteinen, die an die Membran gebunden sind
  • 3.2 Glykosylierung von Proteinen, die an Lysosomen gebunden sind
  • 3.3 Lipid- und Kohlenhydratstoffwechsel
  • 3.4 Export
  • 3.5 Proteintransportmodelle
  • 3.6 Spezielle Funktionen
• 4 Referenzen

Allgemeine Eigenschaften

Der Golgi-Apparat ist eine eukaryotische Organelle membranartiger Natur. Es ähnelt einigen Säcken in Haufen, obwohl die Organisation je nach Zelltyp und Organismus variieren kann. Es ist verantwortlich für die Modifikation von Proteinen nach der Translation.

Zum Beispiel kann etwas Kohlenhydrat hinzugefügt werden, um ein Glycoprotein zu bilden. Dieses Produkt wird abgepackt und bei Bedarf an das Zellkompartiment verteilt, wie die Membran, Lysosomen oder Vakuolen; Es kann auch außerhalb der Zelle gesendet werden. Es beteiligt sich auch an der Synthese von Biomolekülen.

Das Zytoskelett (spezifisch Aktin) bestimmt seine Position und im Allgemeinen befindet sich der Komplex in einem Bereich des Zellinneren in der Nähe des Kerns und des Zentrosoms.

Struktur und Zusammensetzung

Der Komplex besteht aus einer Reihe von Scheiben in Form von Scheiben, flach und mit Öffnungen versehen, die als Golgianische Zisternen bezeichnet werden und eine unterschiedliche Dicke haben.

Diese Taschen sind gestapelt in Gruppen von vier oder sechs Tanks. In einer Säugetierzelle können zwischen 40 und 100 Batterien zusammengeschlossen gefunden werden.

Der Golgi-Komplex weist ein interessantes Merkmal auf: Es gibt eine Polarität in Bezug auf die Struktur und auch auf die Funktion.

Sie können zwischen dem cis-Gesicht und dem trans-Gesicht unterscheiden. Die erste bezieht sich auf den Eintritt von Proteinen und ist nahe dem endoplasmatischen Retikulum. Die zweite ist die Austrittsfläche oder Produktsekretion; sie werden von einem oder zwei Tanks gebildet, die eine Röhrenform haben.

Zusammen mit dieser Struktur sind Vesikel, die das Transportsystem bilden. Die Stapel von Säcken sind in einer Struktur verbunden, die der Form eines Bogens oder einer Verabredung ähnelt.

Bei Säugetieren wird der Golgi-Komplex während der Zellteilung in mehrere Vesikel fragmentiert. Die Vesikel gelangen zu den Tochterzellen und nehmen wieder die traditionelle Form des Komplexes an.

Strukturelle Ausnahmen

Die Organisation des Komplexes ist nicht in allen Gruppen von Organismen üblich. In einigen Zelltypen ist der Komplex nicht als Gruppen von Zisternen aufgebaut, die in Gruppen gestapelt sind; umgekehrt sind sie einzeln lokalisiert. Ein Beispiel für diese Organisation ist der Pilz Saccharomyces cerevisiae.

In einigen einzelligen Organismen, wie Toxoplasma oder Trypanosoma, das Vorhandensein von nur einem membranartigen Haufen wurde berichtet.

Alle diese Ausnahmen weisen darauf hin, dass die Stapelung der Strukturen nicht unbedingt notwendig ist, um ihre Funktion zu erfüllen, obwohl die Nähe zwischen den Beuteln den Transportprozess viel effizienter macht.

In gleicher Weise fehlt einigen basalen Eukaryoten diese Zisternen; zum Beispiel, Pilze. Dieser Beweis stützt die Theorie, dass das Gerät in einer Linie nach den ersten Eukaryoten erschien.

Regionen des Golgi-Komplexes

Funktionell ist der Golgi-Komplex in folgende Kompartimente unterteilt: das cis-Netzwerk, die gestapelten Säcke - die wiederum in die Mittel- und Trans-Subkammer und das trans-Netzwerk unterteilt sind.

Die Moleküle, die modifiziert werden, treten in den Golgi-Komplex in der gleichen Reihenfolge ein (cis-Netzwerk, gefolgt von den Unterkompartimenten, die schließlich in das trans-Netzwerk ausgeschieden werden).

Die meisten Reaktionen treten in den aktivsten Bereichen auf: in den trans- und mittleren Unterkompartimenten.

Funktionen

Die Hauptfunktion des Golgi-Komplexes ist die posttranslationale Modifikation von Proteinen dank der Enzyme, die sie im Inneren haben.

Diese Modifikationen umfassen Glykosylierungsverfahren (Addition von Kohlenhydraten), Phosphorylierung (Addition einer Phosphatgruppe), Sulfatierung (Addition einer Phosphatgruppe) und Proteolyse (Abbau von Proteinen).

Darüber hinaus ist der Golgi-Komplex an der Synthese spezifischer Biomoleküle beteiligt.Das Folgende beschreibt detailliert jede seiner Funktionen:

Glykosylierung von Proteinen, die an die Membran gebunden sind

Die Modifikation eines Proteins zu einem Glycoprotein findet im Golgi-Apparat statt. Der typische saure pH-Wert innerhalb der Organelle ist für diesen Prozess entscheidend, um normal zu erfolgen.

Zwischen dem Golgi-Apparat mit dem endoplasmatischen Retikulum und den Lysosomen findet ein ständiger Stoffaustausch statt. Im endoplasmatischen Retikulum werden Proteine ​​ebenfalls modifiziert; Dazu gehört die Zugabe eines Oligosaccharids.

Wenn diese Moleküle (N-Oligosaccharide) in den Golgi-Komplex eintreten, erhalten sie eine Reihe zusätzlicher Modifikationen. Wenn das Schicksal dieses Moleküls aus der Zelle heraus oder in der Plasmamembran erhalten werden soll, treten spezielle Modifikationen auf.

Diese Modifikationen umfassen die folgenden Schritte: Beseitigung von drei Mannosereste, die Zugabe von N-Acetylglucosamin, Mannose und Entfernen von zwei Fucose hinaus zwei zusätzliche N-Acetylglucosamin, Galactose drei und drei Sialinsäurereste.

Glykosylierung von Proteinen, die an Lysosomen gebunden sind

Im Gegensatz dazu, Proteine, die Lysosomen sind modifizierte Ziele wie folgt: Es gibt keine Entfernung von Mannose in einem ersten Schritt; stattdessen tritt die Phosphorylierung dieser Reste auf. Dieser Schritt findet in der cis-Region des Komplexes statt.

Dann werden die N-Acetylglucosamin Gruppen entfernt, wobei das Mannose-Phosphat hinzugefügt in dem Oligosaccharid zu verlassen. Diese Phosphate weisen darauf hin, dass das Protein spezifisch auf Lysosomen ausgerichtet sein muss.

Die Rezeptoren, die für die Erkennung der Phosphate verantwortlich sind, die ihr intrazelluläres Schicksal anzeigen, befinden sich im trans-Netzwerk.

Metabolismus von Lipiden und Kohlenhydraten

Im Golgi-Komplex Synthese Glycolipide und Sphingomyelin es (im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert zuvor), wobei als Ausgangsmolekül Ceramid auftritt. Dieser Prozess ist mit dem Rest des Phospholipide im Gegensatz, die die Plasmamembran bilden, die sie von Glycerin ableiten.

Sphingomyelin ist eine Klasse von Sphingolipiden. Es ist eine reichlich vorhandene Komponente der Membranen von Säugetieren, insbesondere von Nervenzellen, die einen Teil der Myelinscheide sind.

Nach ihrer Synthese werden sie an ihren endgültigen Ort transportiert: die Plasmamembran. Ihre polaren Köpfe sind zur Außenseite der Zelloberfläche hin angeordnet; Diese Elemente spielen eine spezifische Rolle bei zellulären Erkennungsprozessen.

In Pflanzenzellen trägt der Golgi-Apparat zur Synthese der Polysaccharide bei, die die Zellwand bilden, insbesondere Hemizellulose und Pektine. Diese Polymere werden durch vesikulären Transport aus der Zelle herausgeführt.

In Pflanzen ist dieser Schritt entscheidend und etwa 80% der Aktivität des Retikulums ist der Synthese von Polysacchariden zugeordnet. Tatsächlich wurden Hunderte dieser Organellen in Pflanzenzellen beschrieben.

Exportieren

Die verschiedenen Biomoleküle - Proteine, Kohlenhydrate und Lipide - werden durch den Golgi-Komplex an ihre zellulären Ziele übertragen. Proteine ​​haben eine Art "Code", der dafür verantwortlich ist, das Ziel zu informieren, zu dem es gehört.

Sie werden in Vesikeln transportiert, die aus dem Trans-Netzwerk austreten und sich in das bestimmte Zellkompartiment bewegen.

Die Proteine ​​können durch einen spezifischen konstitutiven Weg zur Membran transportiert werden. Daher erfolgt ein kontinuierlicher Einbau von Proteinen und Lipiden in die Plasmamembran. Die Proteine, deren Endziel der Golgi-Komplex ist, werden von ihm behalten.

Neben dem konstitutiven Weg sind andere Proteine ​​an das Zelläußere gebunden und entstehen durch Signale aus der Umwelt, genannt Hormone, Enzyme oder Neurotransmitter.

Zum Beispiel werden Verdauungsenzyme in Pankreaszellen in Vesikeln verpackt, die nur sekretiert werden, wenn Nahrung nachgewiesen wird.

Neuere Forschungen berichten über die Existenz alternativer Wege für Membranproteine, die den Golgi-Apparat nicht passieren. Diese Möglichkeiten von umgehen "Unkonventionell" wird in der Literatur diskutiert.

Protein-Trafficking-Modelle

Es gibt fünf Modelle, um den Proteintransport im Gerät zu erklären. Der erste beinhaltet den Materialverkehr zwischen stabilen Abteilungen, jeder besitzt die notwendigen Enzyme, um bestimmte Funktionen zu erfüllen. Das zweite Modell beinhaltet die schrittweise Reifung der Tanks.

Die dritte schlägt auch die Reifung der Säcke vor, aber mit der Aufnahme einer neuen Komponente: der Rohrtransport. Dem Modell zufolge sind Tubuli im Verkehr in beiden Richtungen wichtig.

Das vierte Modell schlägt vor, dass der Komplex als eine Einheit funktioniert. Das fünfte und letzte Modell ist das jüngste und argumentiert, dass der Komplex in verschiedene Abteilungen unterteilt ist.

Spezielle Funktionen

In bestimmten Zelltypen hat der Golgi-Komplex spezifische Funktionen. Die Zellen der Bauchspeicheldrüse haben spezialisierte Strukturen für die Sekretion von Insulin.

Verschiedene Bluttypen beim Menschen sind ein Beispiel für unterschiedliche Glykosylierungsmuster. Dieses Phänomen wird durch das Vorhandensein verschiedener Allele erklärt, die für die Glucotransferase kodieren.

Referenzen

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