Bau und Herkunft des Golgi-Apparats
Wo Dictyosomen vorkommen, wie ihr Zisternenstapel mit cis- und trans-Seite gebaut ist, wie man ihn im EM-Bild erkennt und woher er stammt.
Das Wichtigste in Kürze
- Das Dictyosom ist ein Stapel einfach membranumgrenzter Golgi-Zisternen; alle Dictyosomen einer Zelle bilden den Golgi-Apparat.
- Dictyosomen kommen in allen Eukaryoten vor, etwa in tierischen Zellen, höheren Pflanzen, Hefen und Rotalgen, aber nicht in Prokaryoten.
- Die cis-Seite ist dem ER und Zellkern zugewandt, die trans-Seite ist die Sekretionsseite mit dem trans-Golgi-Netzwerk und großen Golgi-Vesikeln.
- Jede Zisterne hat eine eigene Enzymausstattung; die Zisternenzahl je Dictyosom variiert mit Organismus und Zelltyp.
- Dictyosomen entstehen aus dem ER und können von dort neu gebildet werden; sie enthalten keine Nucleinsäuren und übernehmen keine Translation.
Worum es geht
Der Golgi-Apparat ist die Sortier- und Versandstation des Endomembransystems. Er übernimmt Proteine vom ER, verändert sie und schickt sie in Vesikeln weiter. Wer seinen Bau und seine Polarität kennt, versteht später auch, wie Sekretion und Glykosylierung ablaufen.
Vorkommen
Die Bauelemente des Golgi-Apparats heißen Dictyosomen. Alle Dictyosomen einer Zelle bilden zusammen ihren Golgi-Apparat. Sie sind typische Organellen eukaryotischer Zellen. Man findet sie in tierischen Zellen, in Zellen höherer Pflanzen, in Hefezellen und in Rotalgenzellen. Sie sind also keineswegs auf grüne Pflanzen beschränkt.
Prokaryoten fehlt dagegen jedes innere Membransystem, und damit fehlen ihnen auch Dictyosomen. Deshalb besitzen nicht alle Lebewesen einen Golgi-Apparat. Besonders zahlreich sind Dictyosomen in wachsenden Pflanzenzellen. Diese brauchen viel Material für die neue Zellwand, das der Golgi-Apparat liefert (Funktionen des Golgi-Apparats).
Das Vorkommen wird im Examen gerne gefragt: Dictyosomen gibt es in allen Eukaryoten, also auch in Hefen, Rotalgen und tierischen Zellen. Prokaryoten besitzen keine, daher kommen sie nicht in sämtlichen Lebewesen vor.
Dictyosom und Polarität
Ein Dictyosom ist ein Stapel flacher Membransäckchen. Jedes Säckchen heißt Golgi-Zisterne und ist von einer einfachen Membran umgeben. Eine Doppelmembranhülle wie bei Mitochondrien und Plastiden besitzt das Dictyosom nicht. Wie viele Zisternen ein Stapel hat, variiert je nach Organismus und Zelltyp, selbst zwischen verschiedenen Pflanzenzellen. Trotz der Endung „-som“ hat das Dictyosom nichts mit Chromosomen zu tun.
Stapel aus mehreren Golgi-Zisternen mit anhängenden Vesikeln. Die Gesamtheit der Dictyosomen einer Zelle ist der Golgi-Apparat.
Der Stapel ist strukturell und funktionell polar gebaut. Die cis-Seite zeigt zum ER und damit zum Zellkern. Hier kommen kleine Transportvesikel aus dem ER an. Die trans-Seite ist die Sekretionsseite. Sie weist zur Plasmamembran und geht in das trans-Golgi-Netzwerk über. Dieses Geflecht aus Röhren und Zisternen schnürt die großen Golgi-Vesikel ab. Dazwischen liegen die medialen Zisternen. Jede Zisterne besitzt eine eigene Enzymausstattung. Die Fracht durchläuft den Stapel also wie ein Fließband, an dem jede Station einen anderen Arbeitsschritt erledigt.
cis heißt „diesseits“: die Eingangsseite beim ER und Kern. trans heißt „jenseits“: die Ausgangsseite zur Zelloberfläche mit den großen Vesikeln.
Im elektronenmikroskopischen Bild erkennt man ein Dictyosom an diesen Merkmalen:
- mehrere parallel gestapelte, flache Membransäckchen, oft leicht gebogen
- aufgeweitete Zisternenränder, von denen sich Vesikel abschnüren
- viele kleine Vesikel auf der ER-nahen Seite, große Vesikel auf der Gegenseite
- einfache Membranen ohne Ribosomenbesatz, anders als beim rauen ER
Entstehung und Abgrenzung
Dictyosomen entwickeln sich aus dem ER. Vesikel schnüren sich vom ER ab und verschmelzen zu neuen Zisternen. So kann die Zelle bei Bedarf neue Dictyosomen bilden. Das zeigt der Hemmstoff Brefeldin A: Unter seiner Wirkung fließen die Golgi-Membranen ins ER zurück. Wäscht man ihn aus, entsteht der Stapel vom ER aus neu.
Der Golgi-Apparat ist ein reines Membransystem aus Lipiden und Proteinen. Er besitzt keine eigenen Nucleinsäuren: Gene, DNA und intakte oder funktionale RNA fehlen ihm. Darum ist er nicht an der Translation von mRNA beteiligt. Die Proteine, die er bearbeitet, entstehen an Ribosomen des rauen ER. Dort sitzen auch die Polysomen, nicht am Dictyosom und nicht in Golgi-Vesikeln.
Auch Ribonucleoproteinpartikel baut der Golgi-Apparat nicht auf. Ribosomenuntereinheiten entstehen im Nucleolus. An der extrachromosomalen Vererbung sind Mitochondrien und Plastiden mit ihrer eigenen DNA beteiligt, Golgi-Vesikel dagegen nicht.
Quiz
Aussage 1
Nach dem Auswaschen von Brefeldin A bildet sich der Golgi-Stapel vom Endoplasmatischen Retikulum aus neu.
Dictyosomen stammen aus dem ER. Unter Brefeldin A fließen ihre Membranen ins ER zurück und entstehen danach von dort neu.
Aussage 2
Hefezellen und Rotalgenzellen besitzen Dictyosomen.
Dictyosomen sind typische Organellen aller Eukaryoten, nicht nur grüner Pflanzen und Tiere.
Aussage 3
Die cis-Seite eines Dictyosoms ist der Plasmamembran zugewandt und schnürt die großen Sekretvesikel ab.
Die cis-Seite zeigt zum ER und Zellkern. Sekretionsseite mit großen Golgi-Vesikeln ist die trans-Seite.
Aussage 4
An der trans-Seite der Dictyosomen gebundene Polysomen translatieren die Sekretproteine.
Der Golgi-Apparat enthält keine RNA und ist nicht an der Translation beteiligt. Sekretproteine entstehen an Ribosomen des rauen ER.
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