Golgi-Apparat

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 2. November 2016
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Der Golgi-Apparat gehört zu den Zellorganellen und dient der Modifizierung und Sortierung von Proteinen. Er arbeitet eng mit dem endoplasmatischen Retikulum zusammen. Außerdem ist er an der Sekretbildung beteiligt.

Inhaltsverzeichnis

Was ist der Golgi-Apparat?

Der Golgi-Apparat stellt eine wichtige Zellorganelle dar, in welcher die im endoplasmatischen Retikulum produzierten Proteine verändert und sortiert werden. Des Weiteren bildet er Lysosomen, die Enzyme zum Abbau von körpereigenen und körperfremden Proteinen enthalten. Die Lysosomen sind membranumschlossene Zellorganellen, welche über Protonenpumpen in ihrem Inneren einen niedrigen pH-Wert erzeugen und die Enzyme dadurch ansäuern.

Der Golgi-Apparat ist in jeder eukaryontischen Zelle vorhanden und bildet einen membranumschlossenen Reaktionsraum, der eine wichtige Rolle bei der Exozytose spielt. Er wurde von dem italienischen Pathologen Camillo Golgi im Jahre 1898 bei histologischen Untersuchungen am Gehirn entdeckt und nach ihm benannt. Im Inneren des Golgi-Apparates reagieren die Proteine des endoplasmatischen Retikulums zu ihrer Modifizierung mit weiteren Proteinen oder mit Zuckerresten (Glykosylierung).

So werden die Proteine zunächst in ihre transportfähige Form gebracht. Danach erfolgt die Sortierung nach ihrem Bestimmungsort. Innerhalb des Golgi-Apparates werden jedoch keine neuen Proteine erzeugt, sondern nur vorhandene verändert.

Anatomie & Aufbau

Der Golgi-Apparat ist durch Stapel von flachen membranumschlossenen Hohlräumen gekennzeichnet. Diese Hohlräume werden als Zisternen bezeichnet. In der Regel enthält der Stapel drei bis acht Zisternen. Manchmal können es auch bis zu 30 Zisternen sein. Der Stapel hat einen durchschnittlichen Durchmesser von einem Mikrometer. Der fachliche Begriff eines Stapels lautet Dictyosom.

Die Anzahl der Dictyosomen ist vom jeweiligen Zelltyp abhängig. So können manche Zellen bis zu mehreren Hundert Dictyosomen enthalten. Mikrotubuli gewährleisten, dass sich der Golgi-Apparat in tierischen und menschlichen Zellen meist in der Nähe des Zellkerns und der Zentrosomen aufhält. In den meisten Pflanzenzellen ist der Golgi-Apparat jedoch über das gesamte Zytoplasma der Zelle verteilt. Eine wichtige Eigenschaft des Golgi-Apparats ist seine Polarisierung. Die dem endoplasmatischen Retikulum zugewandte Seite ist konvex und die ihm abgewandte Seite konkav ausgerichtet. Dabei empfängt der Golgi-Apparat vom endoplasmatischen Retikulum mit dem Hüllprotein COP II ausgestattete Vesikeln.

Die konvexe Seite wird auch als cis-Golgi-Netzwerk (CGN) bezeichnet. Die dem ER abgewandte Seite nennt sich trans-Golgi-Netzwerk (TGN). Die Golgi-Netzwerke stellen mehrere kleine Zisternen und Vesikel dar, welche miteinander verbunden sind. Die zwischen den Golgi-Netzwerken befindlichen Zisternen sind die sogenannten Golgistapel, welche eine spezifische enzymatische Ausstattung besitzen.

Dabei laufen die Proteine vom cis-Golgi-Netzwerk zum trans-Golgi-Netzwerk durch. Für diesen Prozess gibt es zwei Modelle, welche wahrscheinlich beide zutreffen. Entweder bewegen sich die Vesikeln vom CGN zum TGN, wobei die Proteine zurückgehalten werden, oder die Proteine unterliegen einer Transportbewegung von Vesikel zu Vesikel in Richtung TGN.

Funktion & Aufgaben

Der Golgi-Apparat hat vielfältige und sehr komplexe Funktionen. Dabei kristallisieren sich drei Aufgabengebiete heraus. So werden Elemente der Plasmamembran synthetisiert und modifiziert. Sekretorische Vesikeln mit Transmittern und Hormonen werden gebildet und gespeichert. Schließlich werden Lysosomen zur Speicherung von Verdauungsenzymen hergestellt.

Zunächst empfängt der Golgi-Apparat hauptsächlich vom endoplasmatischen Retikulum Vesikeln mit Proteinen oder Polypeptiden. Innerhalb des Golgi-Apparates werden diese Proteine je nach Verwendungszweck weiter verändert. So findet entweder eine Bindung mit Zuckerresten oder mit weiteren Proteinen statt. Die modifizierten Proteine werden zum TGN transportiert und dort sortiert, in Golgivesikel abgepackt, mit Signalstoffen gekennzeichnet und über verschiedene Transportmechanismen an den Bestimmungsort weitergeleitet. Dabei werden die meisten Proteine aus der Zelle heraustransportiert.

Außerhalb der Zelle finden sie zur Modifizierung der extrazellulären Matrix Verwendung. Das dient der interzellulären Kommunikation und der Stabilität der Gewebe. Des Weiteren bildet der Golgi-Apparat primäre Lysosomen, welche lytische Enzyme enthalten. Diese Enzyme dienen zur Auflösung zelleigener und zellfremder Stoffe. Ihre größte Aktivität entfalten die Enzyme im sauren Bereich bei einem pH-Wert von ca. 4,5.

Dieser PH-Wert kann nur in membranumschlossenen Reaktionsräumen durch Protonenpumpen erreicht werden. Das Innere des Lysosoms ist mit einem Säureschutz aus Proteoglukanen ausgestattet. Außerdem werden die lytischen Enzyme mit Mannose-6-Phosphaten modifiziert, um durch spezielle Rezeptoren an der Lysosomenmembran erkannt zu werden.

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Krankheiten

Die Vorgänge im Golgi-Apparat sind sehr komplex. Störungen des Transportsystems können zu schweren Erkrankungen wie Krebs oder Diabetes führen. Dabei sind die genauen Mechanismen noch nicht genau bekannt. Allerdings werden intensive Forschungen zu dieser Problematik durchgeführt. Es gibt außerdem Hinweise darauf, dass Autoimmunreaktionen gegen die Elemente des Golgi-Apparates zu Erkrankungen des rheumatischen Formenkreises führen können.

So besitzen Patienten mit dem Sjögren-Syndrom zu über 75 Prozent einen Antikörper gegen ein Protein des Golgi-Apparates. Viele Patienten mit rheumatischer Arthritis, idiopathischer Lungenfibrose oder proliferativer Glomerulonephritis tragen ebenfalls Antikörper gegen Proteine des Golgi-Apparates in sich. Auch im Rahmen der Untersuchung bei verschiedenen Infektionskrankheiten und Krebsleiden wurden entsprechende Antikörper entdeckt. Dabei handelt es sich um zusätzliche Reaktionen innerhalb dieser Erkrankungen, die wahrscheinlich genetisch beeinflusst werden.

Allerdings kann der Verlauf der entsprechenden Erkrankung maßgeblich davon beeinflusst werden. In anderen Studien wurde unter anderem der direkte Einfluss von Chlamydien auf den Golgi-Apparat untersucht. Chlamydien werden sexuell übertragen und führen bei der Frau häufig zur Unfruchtbarkeit. Bei den Untersuchungen wurde festgestellt, dass Chlamydien den Golgi-Apparat fragmentieren und ihn in kleine Ministapel zersetzen. Dabei zeigten die Untersuchungen, dass sich dadurch die Chlamydien besser vermehren und mehr infektiöse Partikel produzieren können.

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