Aparato de Golgi: función, estructura (con analogía y diagrama)

la mayoría de las personas ha construido un modelo celular para una feria de ciencias o un proyecto científico en el aula, y pocos componentes de células eucariotas son tan interesantes de ver o construir como el aparato de golgi . a diferencia de muchos orgánulos, que tienden a tener formas más uniformes y con frecuencia redondas, el aparato de Golgi, también llamado complejo de Golgi, cuerpo de Golgi o incluso solo Golgi, es una serie de discos planos o bolsas apiladas.

para el observador casual, el aparato de Golgi parece una vista de pájaro de un laberinto o tal vez incluso un pedazo de dulce de cinta. esta interesante estructura ayuda al aparato de Golgi con su papel como parte del sistema endomembranario , que comprende el cuerpo de Golgi y algunos otros orgánulos, incluidos los lisosomas y el retículo endoplásmico. estos orgánulos se unen para alterar, empaquetar y transportar contenidos celulares importantes, como los lípidos y las proteínas.

analogía del aparato de Golgi: el aparato de Golgi a veces se conoce como la planta de empaque o la oficina de correos de la célula, ya que recibe moléculas y realiza cambios en ellas, luego clasifica y dirige esas moléculas para transportarlas a otras áreas de la célula, al igual que a La oficina de correos lo hace con cartas y paquetes.

La estructura del aparato de Golgi es crucial para su función. Cada una de las bolsas planas de membrana que se amontonan para formar el orgánulo se llaman cisternas . en la mayoría de los organismos, hay de cuatro a ocho de estos discos, pero algunos organismos pueden tener hasta 60 cisternas en un solo cuerpo de golgi. los espacios entre cada bolsa son tan importantes como las bolsas en sí. Estos espacios son el lumen del aparato de Golgi .

Los científicos dividen el cuerpo de Golgi en tres partes: las cisternas cerca del retículo endoplásmico, que es el compartimento cis ; las cisternas alejadas del retículo endoplásmico, que es el compartimento trans ; y las cisternas medias, llamadas el compartimento medial . Estas etiquetas son importantes para entender cómo funciona el aparato de Golgi porque los lados más externos, o redes, del cuerpo de Golgi realizan funciones muy diferentes.

Si piensa en el aparato de Golgi como la planta de empaque de la célula, puede visualizar el lado cis, o la cara cis, como el muelle receptor del golgi. Aquí, el aparato de Golgi toma la carga enviada desde el retículo endoplásmico a través de transportadores especiales llamados vesículas. El lado opuesto, llamado la cara trans, es el muelle de embarque del cuerpo golgi.

Después de clasificar y empaquetar, el aparato de Golgi libera proteínas y lípidos de la cara trans. el orgánulo carga la proteína o carga lipídica en los transportadores de vesículas , que brotan del golgi, destinados a otros lugares en la célula. por ejemplo, algunas cargas pueden ir al lisosoma para reciclarlas y degradarlas. otra carga podría incluso terminar fuera de la celda después de enviarla a la membrana de plasma de la celda.

El citoesqueleto de la célula , que es una matriz de proteínas estructurales que le dan a la célula su forma y ayuda a organizar su contenido, ancla el cuerpo de Golgi en su lugar cerca del retículo endoplásmico y el núcleo celular. Ya que estos orgánulos trabajan juntos para construir biomoléculas importantes, como las proteínas y los lípidos, tiene sentido para ellos establecerse cerca uno del otro.

Algunas de las proteínas en el citoesqueleto, llamadas microtúbulos , actúan como vías de ferrocarril entre estos orgánulos, así como otras ubicaciones dentro de la célula. esto facilita que las vesículas de transporte muevan la carga entre los orgánulos y sus destinos finales en la celda.

lo que sucede en el golgi entre recibir la carga en la cara cis y enviarla nuevamente en la cara trans es una de las principales obras del aparato de golgi. La fuerza impulsora detrás de esta función también es impulsada por proteínas.

Las bolsas de cisternas en los diversos compartimentos del cuerpo de Golgi contienen una clase especial de proteínas llamadas enzimas . Las enzimas específicas en cada bolsa le permiten modificar los lípidos y las proteínas a medida que pasan de la cara cis a través del compartimento medial en el camino hacia la cara trans.

estas modificaciones realizadas por las diversas enzimas en las bolsas de cisternas hacen una gran diferencia en los resultados de las biomoléculas modificadas. a veces las modificaciones ayudan a hacer que las moléculas sean funcionales y capaces de hacer su trabajo. en otras ocasiones, las modificaciones actúan como etiquetas que informan al centro de envío del aparato de golgi del destino final de las biomoléculas. Estas modificaciones afectan la estructura de las proteínas y lípidos. por ejemplo, las enzimas pueden eliminar las cadenas laterales de azúcar o agregar grupos de azúcar, ácidos grasos o fosfato a la carga.

Las enzimas específicas presentes en cada una de las cisternas determinan qué modificaciones suceden en esas bolsas cisternas. por ejemplo, una modificación escinde la manosa de azúcar. esto suele ocurrir en los compartimientos cis o mediales anteriores, en función de las enzimas presentes allí. otra modificación agrega el azúcar galactosa o un grupo sulfato a las biomoléculas. esto generalmente ocurre cerca del final del viaje de la carga a través del cuerpo de golgi en el compartimiento trans.

Dado que muchas de las modificaciones actúan como etiquetas, el aparato de Golgi utiliza esta información en la cara trans para garantizar que los lípidos y proteínas recién alterados terminen en el destino correcto. usted puede imaginar esto como una oficina de correos sellando paquetes con etiquetas de direcciones y otras instrucciones de envío para los manejadores de correo. El cuerpo de Golgi clasifica la carga según esas etiquetas y carga los lípidos y proteínas en los transportadores de vesículas adecuados , listos para su envío.

Muchas de las alteraciones que tienen lugar en las cisternas del aparato de Golgi son modificaciones postraduccionales . Estos son cambios hechos a las proteínas después de que la proteína ya ha sido construida y plegada. Para comprender esto, deberá viajar hacia atrás en el esquema de síntesis de proteínas.

Dentro del núcleo de cada célula, hay ADN, que actúa como un plano para construir biomoléculas como proteínas. El conjunto completo de ADN, llamado genoma humano , contiene ADN no codificante y genes codificantes de proteínas. La información contenida en cada gen codificador da las instrucciones para construir cadenas de aminoácidos. Con el tiempo, estas cadenas se pliegan en proteínas funcionales.

sin embargo, esto no sucede en una escala de uno a uno. Como hay muchas más proteínas humanas que genes codificantes en el genoma, cada gen debe tener la capacidad de producir múltiples proteínas. Piénselo de esta manera: si los científicos estiman que hay alrededor de 25,000 genes humanos y más de 1 millón de proteínas humanas, eso significa que los humanos requieren más de 40 veces más proteínas que genes individuales.

La solución para construir tantas proteínas a partir de un conjunto relativamente pequeño de genes es la modificación postraduccional. este es el proceso mediante el cual la célula realiza modificaciones químicas a las proteínas recién formadas (y proteínas más antiguas en otros momentos) para cambiar lo que hace la proteína, dónde se localiza y cómo interactúa con otras moléculas.

Hay algunos tipos comunes de modificación postraduccional. Estos incluyen fosforilación, glicosilación, metilación, acetilación y lipidación.

• Fosforilación: agrega un grupo fosfato a la proteína. Esta modificación generalmente afecta los procesos celulares relacionados con el crecimiento celular y la señalización celular. 
• Glicosilación: ocurre cuando la célula agrega un grupo de azúcar a la proteína. esta modificación es especialmente importante para las proteínas destinadas a la membrana plasmática de la célula o para las proteínas secretadas, que terminan fuera de la célula.     
• metilación: agrega un grupo metilo a la proteína. Esta modificación es un conocido regulador epigenético . esto básicamente significa que la metilación puede activar o desactivar la influencia de un gen. por ejemplo, las personas que experimentan un trauma a gran escala, como la hambruna, transmiten cambios genéticos a sus hijos para ayudarles a sobrevivir a la futura escasez de alimentos. Una de las formas más comunes de pasar esos cambios de una generación a otra es a través de la metilación de proteínas. 
• acetilación: agrega un grupo acetilo a la proteína. El papel de esta modificación no está totalmente claro para los investigadores. sin embargo, sí saben que es una modificación común para las histonas , que son las proteínas que actúan como bobinas para el ADN. 
• Lipidación: añade lípidos a la proteína. Esto hace que la proteína sea más opuesta al agua, o hidrófoba, y es muy útil para las proteínas que forman parte de las membranas.

La modificación postraduccional permite a la célula construir una amplia variedad de proteínas utilizando un número relativamente pequeño de genes. Estas modificaciones cambian la forma en que se comportan las proteínas y, por lo tanto, afectan la función celular en general. por ejemplo, pueden aumentar o disminuir los procesos celulares como el crecimiento celular, la muerte celular y la señalización celular. Algunas modificaciones postraduccionales afectan las funciones celulares relacionadas con las enfermedades humanas, por lo que descubrir cómo y por qué ocurren las modificaciones puede ayudar a los científicos a desarrollar medicamentos u otros tratamientos para estas condiciones de salud.

Una vez que las proteínas y los lípidos modificados alcanzan la cara trans, están listos para su clasificación y carga en las vesículas de transporte que los transportarán a sus destinos finales en la célula. Para hacer esto, el cuerpo de golgi se basa en esas modificaciones que actúan como etiquetas, indicando al orgánulo a dónde enviar la carga. El aparato de Golgi carga la carga clasificada en transportadores de vesículas, que se desprenden del cuerpo de Golgi y viajan al destino final para entregar la carga.

una vesícula suena compleja, pero es simplemente una gota de líquido rodeada por una membrana que protege la carga durante el transporte vesicular. Para el aparato de Golgi, existen tres tipos de vesículas de transporte: vesículas exocitóticas , vesículas secretoras y vesículas lisosomales .

Las vesículas tanto exocíticas como secretoras envuelven la carga y la mueven a la membrana celular para liberarla fuera de la célula. allí, la vesícula se fusiona con la membrana y libera la carga fuera de la célula a través de un poro en la membrana. A veces esto sucede inmediatamente después de acoplar la membrana celular. en otras ocasiones, la vesícula de transporte se acopla a la membrana celular y luego se cuelga, esperando señales desde el exterior de la celda antes de liberar la carga.

Un buen ejemplo de carga de vesículas exocitóticas es un anticuerpo activado por el sistema inmunológico, que debe abandonar la célula para hacer su trabajo y combatir los agentes patógenos. Los neurotransmisores como la adrenalina son un tipo de molécula que depende de las vesículas secretoras. estas moléculas actúan como señales para ayudar a coordinar una respuesta a una amenaza, como durante la "lucha o huida". Las vesículas de transporte lisosomal mueven la carga hacia el lisosoma , que es el centro de reciclaje de la célula. Esta carga generalmente está dañada o es vieja, por lo que el lisosoma la quita por partes y degrada los componentes no deseados.

El cuerpo de Golgi es sin duda un área compleja y madura para la investigación en curso. de hecho, aunque el golgi se vio por primera vez en 1897, los científicos todavía están trabajando en un modelo que explica completamente cómo funciona el aparato de golgi. Un área de debate es cómo se mueve exactamente la carga de la cara cis a la cara trans. algunos científicos creen que las vesículas transportan la carga de una bolsa de cisterna a la siguiente. otros investigadores piensan que las cisternas se mueven, madurando a medida que se mueven desde el compartimiento cis al compartimiento de trans y transportan la carga con ellos. Este último es el modelo de maduración .