Aparat Golgiego
Morfologia i dynamika Golgiego
Aparat Golgiego w wielu komórkach zwierzęcych pojawia się jako wstęgowata struktura przylegająca do jądra i blisko centrosomu, głównego centrum organizacji mikrotubul w komórce (Rys. 21.18A). Na mikrografach elektronowych cienkich przekrojów widać, że aparat Golgiego składa się z ułożonych w stos, spłaszczonych, otoczonych błoną cystern, które przypominają stos naleśników (rys. 21.18B). Usieciowanie cystern przez czynniki wiążące związane z Golgim powoduje ich ścisłe, równoległe ułożenie w stosie. Rurki i pęcherzyki na brzegach stosów łączą wiele stosów w jedną wstęgowatą strukturę w procesie zależnym od mikrotubul. Jeśli mikrotubule zostaną eksperymentalnie zdepolimeryzowane, wstęgowata struktura Golgiego reorganizuje się w pojedyncze stosy znajdujące się w miejscach wyjścia ER (ryc. 21.19). Ten rozkład przypomina rozkład stosów Golgiego w komórkach roślinnych, gdzie, setki pojedynczych stosów znajdują się raczej w sąsiedztwie miejsc wyjścia ER niż są połączone razem jako pojedyncza wstęga.
Stosy cystern Golgiego w komórkach zwierzęcych i roślinnych wszystkie wykazują biegunowość cis-trans odzwierciedlającą przechodzenie ładunku przez organelle. Białka i lipidy z ER wchodzą na stronę cis (stronę wejściową) stosu. Po przejściu przez stos cystern, ładunek opuszcza go od strony trans po przeciwnej stronie stosu. Uważa się, że błonowa aktywność sortująca i transportowa Golgiego jest szczególnie wysoka na powierzchniach cis i trans oraz w obrębie elementów rurkowo-pęcherzykowych (noncompact zone), które łączą stosy (ryc. 21.18B).
Trzy proponowane mechanizmy wyjaśniają transport białek ładunku wydzielniczego przez aparat Golgiego (ryc. 21.20). W jednym z modeli cysterny składające się na stos Golgiego są stosunkowo stabilnymi strukturami, a ładunek wydzielniczy przechodzi z cysterny do cysterny przez stos w kanalikach lub pęcherzykach, które wyrastają z jednej cysterny i łączą się z następną. Kierunkowy przepływ odbywa się dzięki białkom ładunku posiadaj±cym preferencyjne powinowactwo do błon obejmuj±cych kanalikowe/ pęcherzykowe intermediaty transportowe p±czkuj±ce z Golgiego w kierunku błony plazmatycznej. W drugim mechanizmie, zwanym progresją cysternalną, ładunek wydzielniczy jest transportowany w poprzek stosu w stale postępujących cysternach. Nowe cysterny powstają po stronie cis stosu w wyniku koalescencji VTC, a następnie przesuwają się w poprzek stosu na stronę trans. Cz±steczki ładunku sekrecyjnego s± zamknięte w danym cysternnie do momentu, gdy przejd± z powierzchni cis na powierzchnię trans i wyjd± z aparatu Golgiego w transporterach. Wsparcie dla progresji cystern pochodzi z badań na drożdżach, w których markery w poszczególnych cysternach Golgiego dojrzewają z czasem od form wczesnych do późnych. Pomiary kinetyczne w żywych komórkach ssaków wykazują, że ładunek opuszcza Golgiego w wykładniczym przebiegu czasowym bez opóźnienia. Odkrycie to, wraz z obserwacją, że enzymy rezydentne i ładunki rozdzielają się w różnych domenach w obrębie aparatu Golgiego, a także mają nakładające się dystrybucje, doprowadziło do powstania trzeciego modelu handlu w Golgim. W tym modelu partycjonowanie białek ładunku w domenach lipidowych pozbawionych enzymów Golgiego zapewnia mechanizm ich eksportu z Golgiego (ryc. 21.20).
Rozmiar, wygląd, a nawet istnienie aparatu Golgiego zależą od ilości i szybkości przemieszczania się ładunku przez szlak wydzielniczy. Drożdże Saccharomyces cerevisiae, na przykład, mają słabo rozwinięty aparat Golgiego, ponieważ transport wydzielniczy jest zwykle zbyt szybki, aby mogły się w nim gromadzić rozbudowane struktury Golgiego. Jednakże warunki, które spowalniają transport ładunku z aparatu Golgiego w komórkach drożdży prowadzą do powiększenia się aparatu Golgiego i jego rearanżacji w zwarte stosy podobne do tych, które można zaobserwować w większości komórek zwierzęcych i roślinnych.
Aparat Golgiego jest raczej dynamiczną niż stałą strukturą komórkową, ponieważ zarówno jego białka, jak i lipidy przemieszczają się w sposób ciągły wzdłuż różnych ścieżek. Żadna klasa białek Golgiego nie jest trwale związana z tą organellą. Integralne białka błonowe, w tym enzymy przetwarzające i SNARE, stale opuszczają i ponownie wkraczają do aparatu Golgiego przez szlaki transportu błonowego prowadzące do i z ER. Peryferyjne białka błonowe związane z aparatem Golgiego (w tym Arf1, coatomer, białka Rab, białka macierzy, czynniki tetheringowe i GEFs) stale wymieniają się między błonami Golgiego a pulami cytoplazmatycznymi.
Przemijające i dynamiczne stowarzyszenie cząsteczek z aparatem Golgiego czyni tę organellę wrażliwą na funkcje wielu systemów komórkowych. Na przykład w przypadku braku mikrotubul aparat Golgiego w komórkach ssaków przemieszcza się w pobliże miejsc eksportu ER (ryc. 21.19). Dzieje się tak dlatego, że enzymy Golgiego, które stale powracają do ER, nie mogą powrócić do centrosomalnej lokalizacji bez mikrotubul. Zamiast tego gromadzą się one razem z białkami rusztowania Golgiego, wiązania i płaszcza strukturalnego w miejscach wyjścia z ER rozmieszczonych w całym ER, tworząc ministacki Golgiego.
BFA rozprasza aparat Golgiego za pomocą innego mechanizmu. Lek ten uniemożliwia Arf1 wymianę GDP na GTP (ryc. 21.5), uniemożliwiając w ten sposób błonie rekrutację efektorów Arf1 z cytoplazmy. W ciągu kilku minut białka transmembranowe rezydujące w Golgim są zawracane do ER, gdzie zostają zatrzymane, a aparat Golgiego zanika. Jeśli BFA zostanie usunięty, aparat Golgiego reformuje się przez wyrastanie błony z ER.
Aparat Golgiego rozpada się podczas mitozy w wielu komórkach eukariotycznych, a następnie ponownie składa się w interfazie (ryc. 21.21). Proces ten powierzchownie przypomina efekty zastosowania i wypłukania BFA, ponieważ wiele enzymów Golgiego powraca do ER lub do miejsc wyjścia z ER podczas mitozy i ponownie wyłania się z ER pod koniec mitozy. Jest to wywołane zarówno przez inaktywację Arf1, jak i przez czynniki wiążące / białka macierzy aparatu Golgiego, które są fosforylowane przez kinazy mitotyczne (patrz rozdział 40) podczas mitozy.
Chociaż aparat Golgiego jest wysoce dynamiczny i nieustannie wymienia swoje składniki białkowe i lipidowe z innymi przedziałami komórkowymi, utrzymuje unikalną tożsamość biochemiczną i morfologiczną. To pozwala aparatowi Golgiego uczestniczyć w kilku głównych szlakach biosyntezy i przetwarzania w komórce, jak to jest omówione dalej.
.