Der Golgi-Apparat ist ein in allen eukaryotischen Zellen vorkommendes Zellkompartiment, das als eine Art Fracht- und Umbauzentrum der Zelle fungiert. Aufgabe des Golgi-Apparats ist es, vom Endoplasmatischem Retikulum (ER) stammende Proteine zu modifizieren, zu sortieren und an andere Zielorte weiterzuleiten bzw. zurück zum ER zu transportieren. Während sich der Golgi-Apparat in tierischen Zellen meist in der Nähe des Zellkerns befindet, ist er in den meisten Pflanzenzellen über das gesamte Zytoplasma verteilt.
Der Golgi-Apparat besteht aus mehreren Lagen abgeflachter Membranstapeln, den Zisternen. Ein Stapel wird auch Dyctosom genannt werden. Der entstehende Innenraum (Golgi-Lumen) wird dabei durch die Membranen vom Zytoplasma getrennt und bildet somit einen Reaktionsraum. Eine Zelle kann dabei mehrere hundert dieser Dyctosome besitzen. Ein solcher Membranstapel verfügt über zwei Seiten. Dabei ist die sogenannte Empfängerseite (cis-Seite oder cis-Golgi-Netzwerk) dem ER zugewandt. Die trans-Seite (trans-Golgi-Netzwerk) ist der Zellmembran zugewandt.
Proteine gelangen durch die Fusion von Transportvesikeln mit der Membran an der cis-Seite in den Reaktionsraum. Dort werden sie chemisch modifiziert, bevor sie durch Abschnürung erneut in Transportvesikel verpackt werden um anschließend auf der trans-Seite den Golgi-Apparat zu verlassen. Um zu ihren Zielorten wie zum Beispiel der Zellmembran oder den Lysosomen zu gelangen, erhalten die Vesikel spezifische Erkennungsmoleküle („molekulare Postleitzahlen“) auf ihrer Oberfläche, welche an Rezeptoren an der jeweiligen Zielmembran binden können.
Neben dem Transport, Umbau und der Weiterverteilung von Proteinen aus dem ER findet im Golgi-Apparat auch die Synthese von primären Lysosomen statt, welche lytische Enzyme zur Auflösung zelleigener und zellfremder Stoffe enthalten. In Pflanzen stellt der Golgi-Apparat vor allem Polysaccharide wie Pektin und Hemicellulose für die pflanzliche Zellwand her.
Hauptfunktionen des Golgi-Apparats:
Bildung und Speicherung sekretorischer Vesikel (z.B. Transmitter und Hormone)
Synthese und Modifizierung von Elementen der Plasmamembran
Bildung von lysosomalen Proteinen (primäres Lysosom)
Erweitertes Wissen:
Es gibt zwei Theorien darüber wie die Proteine den Golgi-Apparat durchwandern.
Theorie 1 - der vesikuläre Transport:Die Proteine werden wandern, durch Fusion der Vesikel mit der cis-Seite einer Zisterne und der anschließenden Abschnürung von Vesikeln auf der trans-Seite, von Zisterne zu Zisterne. Dabei schreitet die Modifikation der Proteine stetig fort.
Theorie 2 - die Zisternenreifung:Die die einzelnen Zisternen (inkl. der sich darin befindenden Proteine) bewegen sich vom cis-Golgi-Netzwerk (CGN) zum trans-Golgi-Netzwerk (TGN). Dabei werden die Enzyme zur Modifikation der Proteine über einen entgegengesetzten vesikulären Transport für die nachrückende Zisterne zurückbehalten. Man spricht bei diesem Vorgang von einer sogenannten Zisternenreifung. Erreicht eine Zisterne schließlich das trans-Golgi-Netzwerk, löst sie sich komplett durch die Abschnürung von Vesikeln auf. Anschließend rückt die nächste Zisterne nach.
Da es Beobachtungen zu beiden Vorgängen gibt, ist der Golgi-Apparat vermutlich ein dynamisches System in dem beide Varianten zutreffen.
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Quellen
- Golgi-Apparat
- MedLexi: Golgi-Apparat
- Biologie Seite: Golgi-Apparat
- Campbell, N.A., Reece, J.B.: Biologie. Pearson Verlag (8. Auflage, 2009), Seite 146-147. ISBN 978-3827372871
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Walter, P.: Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie. Wiley, 2005 (3. Auflage), Seite 550-551. ISBN 3527311602
