Golgiho aparát
Morfologie a dynamika Golgiho aparátu
Golgiho aparát v mnoha živočišných buňkách vypadá jako páskovitá struktura přiléhající k jádru a v blízkosti centrozomu, hlavního mikrotubulárního centra buňky (obr. 21.18A). Elektronové mikrofotografie tenkých řezů ukazují, že Golgiho aparát se skládá z naskládaných, zploštělých, membránou uzavřených cisteren, které připomínají hromadu palačinek (obr. 21.18B). Zesíťování cisteren tetheringovými faktory spojenými s Golgiho aparátem vede k jejich těsnému, paralelnímu uspořádání v rámci hromádky. Tubuly a vezikuly na okrajích hromádek propojují mnoho hromádek do jediné stužkovité struktury procesem závislým na mikrotubulech. Pokud jsou mikrotubuly experimentálně depolymerizovány, stužkovitá Golgiho struktura se reorganizuje do jednotlivých stohů, které se nacházejí v místech výstupu z ER (obr. 21.19). Toto rozložení se podobá rozložení Golgiho stohů v rostlinných buňkách, kde se stovky jednotlivých stohů nacházejí v sousedství výstupních míst ER, místo aby byly spojeny v jedinou stuhu.
Stohy Golgiho cisteren v živočišných a rostlinných buňkách vykazují cis-trans polaritu odrážející průchod nákladu organelou. Proteiny a lipidy z ER vstupují na cis stranu (vstupní stranu) zásobníku. Po průchodu zásobníkem cisteren opouští náklad trans stranu na opačné straně zásobníku. Předpokládá se, že membránové třídění a transportní aktivity Golgiho aparátu jsou vysoké zejména na cis a trans čelech a v tubulárně-vesikulárních elementech (nekompaktní zóna), které propojují stoh (obr. 21.18B).
Tři navrhované mechanismy vysvětlují transport sekrečního nákladu proteinů Golgiho aparátem (obr. 21.20). V jednom modelu jsou cisterny tvořící Golgiho zásobník relativně stabilní struktury a sekreční náklad přechází z cisterny do cisterny napříč zásobníkem v tubulech nebo vezikulách, které vyrůstají z jedné cisterny a spojují se s další. Směrového toku je dosaženo tím, že nákladové proteiny, které mají přednostní afinitu k membránám obsahujícím tubulární/vezikulární transportní meziprodukty, vystupují z Golgiho stěny směrem k plazmatické membráně. Při druhém mechanismu, který se nazývá cisternální progrese, je sekreční náklad transportován přes hromadu v kontinuálně postupujících cisternách. Nové cisterny vznikají na cis straně zásobníku koalescencí VTC a poté postupují přes zásobník na trans stranu. Molekuly sekrečního nákladu jsou uzavřeny v dané cisterně, dokud nepřejdou z cis strany na trans stranu a neopustí Golgiho aparát v transportních nosičích. Podpora cisternové progrese vyplývá ze studií na kvasinkách, které ukazují, že markery v jednotlivých Golgiho cisternách v průběhu času dozrávají z časných do pozdních forem. Kinetická měření v živých buňkách savčích buněk ukazují, že náklad opouští Golgiho aparát v exponenciálním časovém průběhu bez zpoždění. Toto zjištění spolu s pozorováním, že rezidentní enzymy a náklad se v Golgiho aparátu kromě překrývajících se distribucí rozdělují do odlišných domén, vedlo ke třetímu modelu Golgiho transportu. V tomto modelu rozdělení nákladových proteinů do lipidových domén ochuzených o Golgiho enzymy poskytuje mechanismus pro jejich export z Golgiho aparátu (obr. 21.20).
Velikost, vzhled a dokonce existence Golgiho aparátu závisí na množství a rychlosti pohybu nákladu sekreční cestou. Například kvasinka Saccharomyces cerevisiae má málo vyvinutý Golgiho aparát, protože sekreční transport je za normálních okolností příliš rychlý na to, aby se nahromadily komplikované Golgiho struktury. Podmínky, které zpomalují transport nákladu z Golgiho aparátu v kvasinkových buňkách, však vedou k tomu, že se Golgiho aparát zvětšuje a přeskupuje do kompaktních hromádek podobných těm, které lze pozorovat u většiny živočišných a rostlinných buněk.
Golgiho aparát je spíše dynamická než stálá buněčná struktura, protože jeho proteiny i lipidy se neustále pohybují po různých drahách. Žádná třída proteinů Golgiho aparátu není v této organele stabilně vázána. Integrální membránové proteiny, včetně zpracovatelských enzymů a SNARE, nepřetržitě opouštějí a znovu vstupují do Golgiho aparátu membránovými cestami vedoucími do ER a z ER. Periferní membránové proteiny spojené s Golgiho aparátem (včetně Arf1, koatomeru, Rabových proteinů, matrixových proteinů, tetheringových faktorů a GEF) se neustále vyměňují mezi Golgiho membránami a cytoplazmatickými bazény.
Přechodné a dynamické spojení molekul s Golgiho aparátem činí tuto organelu citlivou na funkce mnoha buněčných systémů. Například při nepřítomnosti mikrotubulů se Golgiho aparát v savčích buňkách přemisťuje do sousedství exportních míst ER (obr. 21.19). Vzniká to proto, že Golgiho enzymy, které se průběžně recyklují zpět do ER, se bez mikrotubulů nemohou vrátit na centrozomální místo. Místo toho se hromadí spolu s Golgiho lešením, tetheringem a strukturálními plášťovými proteiny v místech výstupu z ER rozmístěných po celém ER a vytvářejí Golgiho ministacky.
BFA rozptyluje Golgiho aparát jiným mechanismem. Léčivo brání Arf1 ve výměně GDP za GTP (obr. 21.5), čímž brání membráně rekrutovat efektory Arf1 z cytoplazmy. Během několika minut jsou rezidentní transmembránové proteiny Golgiho aparátu recyklovány do ER, kde jsou zadrženy, a Golgiho aparát zaniká. Pokud se BFA odstraní, Golgiho aparát se reformuje vyrůstáním membrány z ER.
Golgiho aparát se v mnoha eukaryotických buňkách během mitózy rozkládá a v interfázi se opět skládá (obr. 21.21). Tento proces se povrchně podobá účinkům aplikace a vymývání BFA, protože mnoho enzymů Golgiho aparátu se během mitózy vrací do ER nebo do výstupních míst ER a na konci mitózy se z ER opět vynoří. To je vyvoláno jednak inaktivací Arf1, jednak tím, že tetheringové faktory/matrixové proteiny Golgiho aparátu jsou během mitózy fosforylovány mitotickými kinázami (viz kapitola 40).
Ačkoli je Golgiho aparát vysoce dynamický a neustále vyměňuje své proteinové a lipidové komponenty s jinými buněčnými kompartmenty, zachovává si jedinečnou biochemickou a morfologickou identitu. To umožňuje Golgiho aparátu účastnit se několika hlavních biosyntetických a zpracovatelských drah v buňce, jak je popsáno dále.