Golgi kompleks (GK).

    Golgi kompleks avastati veidi enam kui 100 aastat tagasi ja kannab sellist nime tema avastaja järgi. Itaalia teadlane Camillo Golgi (1843-1926) uuris närvirakkude (konkreetselt Purkinje rakkude) ehitust, kasutades tema poolt väljatöötatud histoloogilist värvimist  (nn. 'must reaktsioon', mis põhineb raskemetallidega värvimisel) ning kirjeldas rakkudes korvitaolist võrgustikku, mis on tuuma ümbruses. Ta avaldas oma töö 1898.a., kus ta nimetas seda struktuuri 'apparato reticolare interno' (sisemine retikulaarne aparaat). Hiljem hakati selle asemel kasutama terminit 'Golgi kompleks' või 'Golgi aparaat', või ka lihtsalt Golgi.
    Golgi kompleks (GK) on membraanidest moodustunud lamedate põiekeste või tsisternide kogum, mida ümbritsevad membraaniga kaetud vesiikulid. Need vesiikulid transpordivad aineid GK-i ja sealt edasi. Kuigi GK käsitletakse kui ühte organelli, lokaliseeruvad tema eri piirkondades eri ensüümid, mis katalüüsivad eri reaktsioone. GK-s eristatakse 3 funktsionaalset piirkonda: cis-Golgi, kesk-Golgi ja trans-Golgi. Nii cis- kui trans- külg on tihedalt seotud struktuuridega, mida nimetatakse vastavalt cis- ja trans- Golgi võrgustikuks (network)
 
GK täidab rakus kahte peamist funktsiooni. Esiteks toimub seal valkude ja lipiidide modifitseerimine. Teiseks toimib GK kui raku sorteerimiskeskus, kust valgud ja lipiidid saadetakse rakus nende lõplikesse lokaliseerimiskohtadesse. Need kaks nimetatud funktsiooni on omavahel tihedalt seotud, sest just valgu modifitseerimine on tihti eelduseks selle valgu õigele rakusisesele paiknemisele.
Valkude modifitseerimise ja edasitoimetamise eest vastutab terve perekond GK-s resideeruvaid ensüüme. Sinna kuuluvad glükosidaasid ja glükosüültransferaasid, mis vastutavad tohutu mitmekesisusega keerukate oligosahhariidide sünteesi eest. Peale nende lokaliseeruvad GK-s ensüümid, mis tegelevad sulfaatimisega, fosforüleerimisega, palmitoüül-gruppide lisamisega ning valkude proteolüütilise lõikamisega. Golgi ensüümid on paremini uuritud loomsetes rakkudes. Kuid taime- ja seenerakkudes on seal lisaks veel ensüümid, mis tegelevad rakukesta moodustamiseks vajalike materjalide sünteesimisega. 
Valgusünteesi käigus ER-ga seotud valgud transporditakse pärast nende sünteesi lõppemist ER-st GK-i. See toimub transportvesiikulite vahendusel, mis punguvad ER- st ja ühinevad cis-Golgiga, andes sinna oma sisaldise ja membraani. Edasi liiguvad ained Golgi keskossa ning sealt trans-Golgisse. Trans-Golgist pungunud vesiikulid aga kannavad aineid nende lõplikku funktsioneerimiskohta: osa eksotsüteeritakse rakust või jääb välismembraani koostisesse (kui tegemist on membraanseoselise valguga), osa satub lüsosoomidesse. ER-i ja Golgi kompleksi vahel on mõlemasuunaline transport. Golgi kompleksist saadetakse ER-i tagasi need vesiikulid, kuhu on pakitud ER-i hoidmissignaali (KDEL-järjestust) kandvad valgud.
Transporti ER-st Golgisse ja sealt tagasi on võimalik selektiivselt mõjutada teatud ainete poolt. Brefeldiin A on seenest pärit alkaloid, mis blokeerib transpordi ER-st Golgisse. Selle tulemusel GK kaob ja valkude sekretsioon rakust lakkab. Kui see aine rakkude kasvukeskkonnast eemaldada, siis taastub normaalne GK.

Valkude modifitseerimine Golgi kompleksis

GK-s toimub valkude posttranslatsiooniline modifitseerimine: glükosüleerimine, sulfaatimine, fosforüleerimine. GK-s lisatud teatud suhkru- või fosfaatgrupid toimivad rakusiseste sorteerimissignaalidena, s.t. et need määravad valgu rakusisese lokalisatsiooni. Tänu GK-s lisatud fosfaatgrupile satuvad lüsosomaalsed ensüümid just lüsosoomidesse aga mitte kuhugi mujale (vt. lüsosoomid), valgule lisatud glükosüül-fosfoinositool grupp toimib aga näiteks epiteelirakus apikaalse domääni sorteerimissignaalina (vt. raku polariseeritus). Seetõttu kujutab GK endast justkui rakusisest liikluspolitseid, kes näitab, kuhu mingi valk minema peab.
    Alljärgnevalt vaatleme lähemalt mõningaid Golgis toimuvaid modifikatsoone.

Glükosüleerimine. GK membraanis paiknevad valkude ja lipiidide glükosüleerimist läbiviivad ensüümid - glükosüültransferaasid. Need on transmembraansed valgud, mille aktiivtsenter on suunatud Golgi valendiku poole. Substraadiks neile ensüümidele on nukleosiid di- või monofosfaatsuhkrud, kus on makroergiline side. Need suhkrud liidetakse kas juba paigas olevale eelmisele suhkrujäägile (kui on tegemist oligosahhariidse ahela pikendamisega), või aminohappele. Golgis toimub kahte tüüpi glükosüleerimist: jätkub N-seoseliste oligosahhariidaheleate pikendamine (mis algas ER-is), ning alustatakse O-seoseliste suhruahelate sünteesi. O-seoseline glükosüleerimine algab sellega, et Seriini või Treoniini koostises oleva -OH grupi külge tekitatakse O-glükosiidne side. Esimeseks suhkrujäägiks, mis sel moel külge pannakse, on N-atsetüül-galaktoosamiin (GalNAc). Seda katalüüsib üks kindel glükosüültransferaas. Edasi järgnevad teised suhrujäägid, milleks võivad olla galaktoos, siaalhape e. neuramiinhape, fukoos. Golgi cis, kesk ja trans osas on igaühes oma kindlad glükosüültransferaasid. Ühe valgu kallal võib töötada kokku üle 10 eri glükosüültransferaasi, kusjuures ühe ensüümi produkt on substraadiks järgmisele glükosüülransferaasile. Valkude glükosüleerimine on väga keerukas protsess, teatud valkudel võivad oligosahhariidsed ahelad olla märkimisväärselt pikad. Näiteks ekstratsellulaarses maatriksis leidub nn. proteoglükaane, mille koostises on väga pikad ja laengut kandvad polüsahhariidid glükoosaminoglükaanid. Osade valkude puhul võib juba primaarjärjestuse põhjal oletada, et nad saavad ulatuslikult glükosüleeritud. Näieteks on teatud perekond sekretoorseid valke, mida kutsutakse mutsiinideks (osalevad epiteelkudesid kaitsva lima tekitamisel) ja mille primaarjärjestuses on väga suur hulk Seriini ja Treoniini, kuhu Golgi kompleksis liidetakse suhkruahelad.

Valkude glükosüleerimine on oluline mitmes mõttes. Paljudes juhtudel kaitseb see valke lagundamise eest proteolüütiliste ensüümide poolt. Näit lüsosoomide membraanis olevad valgud on tugevalt glükosüleeritud,seetõttu lüsosoomides paiknevad ensüümid ei lagunda teda ümbritsevat membraani. Epiteelirakkude apikaalne osa on kaetud limaja kihiga, mis on tekitatud eriliste mutsiinide poolt. Need valgud on väga ulatuslikult glükosüleeritud, suhkurkomponentide molekulmass on kuni 80% selle valgu kogu molekulmassist. Tänu sellisele glükosüleeritusele on mutsiinid väga vastupidavad proteolüütilistele ensüümidele, samuti madalatele pH väätustele. Epiteelirakkude pinnal olev mutsiinide kiht toimib peale kaitsva barjääri ka lubrikandina.

Valkudel olevad suhkrujäägid on eriti olulised ka rakkude omavahelises äratundmises. Ühe raku pinnal olevad suhkrujäägid on ligandiks teistel rakkudel olevatele retseptoritele ja nende omavahelise seondumise tulemusel teatud rakud kleepuvad omavahel. Näit. leukotsüütide kinnitumine veresoonte siseseinale ja nende väljumine veresoontest kudedesse toimubki just sel moel. Leukotsüütide membraanivalkude küljes olevad suhkrujäägid (sialüleeritud Lewis x struktuur) on ligandiks versoone siseseina e. endoteeli rakkude teatud molekulidele - selektiinidele. Ka spermatosoidi ja munaraku omavahelises seondumises on oluline osa valkude küljes olevatel suhkruahelatel.

   Fosforüleerimine. Fosforüülimisega tegelevad fosfotransferaasid. Näit. kõik lüsosoomidesse minevad ensüümid peavad märgistatud saama N-atsetüülglükoosamiini fosfotransferaasi poolt, mille tulemusel tekib nn. mannoos-6-fosfaat grupp, mis on spetsiifiliseks lüsosomaalseks sorteerimis-signaaliks. Kui mingil põhjusel seda gruppi Golgi kompleksis lüsosoomidesse määratud ensüümidele külge ei panna, siis vastavad ensüümid ei jõua lüsosoomidesse, vaid nad hoopis sekreteeritakse.

Sulfaatimine.  Osade valkude suhkruahelad sulfaaditakse Golgi kompleksis. Selle eest vastutavad sulfotransferaasid. Sulfaatgrupid annavad valkudele suure negatiivse laengu. Paljude sulfaatgruppide olemasolu suhkruahelatel on iseloomulik eelpoolnimetatud proteoglükaanidele. Paljud proteoglükaanid sekreteeritakse rakust ja nad osalevad rakuvälise maatriksi moodustamisel. Osa aga jäävad seotuks rakumembraaniga.

 

Mitmesuguseid jooniseid ning skeeme Golgi kompleksi kohta võib leida ka aadressil http://cellbio.utmb.edu/cellbio/golgi.htm