1-MORFOLOGIA dell’apparato di Golgi

 a)Aspetto in microscopia ottica

Morfologia: è estremamente variabile da una cellula all’altra e nella stessa cellula, in quanto può cambiare con lo stato funzionale. A volte si presenta come un reticolo denso di trabecole anastomizzate, altre volte come una placca irregolarmente fenestrata, può assumere l’aspetto di sfere unite tra loro, potendo anche apparire in forma anulare. Nelle cellule ghiandolari costituisce un reticolo molto denso. La morfologia, nonostante sia variabile, è caratteristica di ciascun tipo cellulare e sembra che la struttura dipenda dall’organizzazione della cellula.

Dimensioni: sono variabili, molto grandi nelle cellule ghiandolari e nervose, ridotte nelle cellule muscolari, e cambiano con lo stato funzionale: molto sviluppate nelle cellule in iperattività, poco sviluppate in cellule a riposo e ipoattive. Durante l’invecchiamento cellulare l’apparato di Golgi diminuisce progressivamente fino a scomparire.

Localizzazione: è relativamente costante per ogni tipo di cellula: in quelle di origine ectodermica l’apparato di Golgi è polarizzato, situato fra il nucleo e la superficie dell’epitelio; anche nelle cellule delle ghiandole esocrine si osserva una sua polarizzazione fra nucleo e polo apicale o escretore; nelle ghiandole endocrine la posizione occupata è variabile, salvo nella tiroide, dove l’apparato di Golgi si trova in sede sovranucleare, fra il nucleo e il follicolo tiroideo dove viene riversata la tireoglobulina.

b) Aspetto in microscopia elettronica

Al microscopio elettronico l’apparato di Golgi si presenta come un organulo costituito da unità elementari, le cisterne, fenestrate e impilate, punto d’incontro della circolazione fra citomembrane. Svolge un ruolo essenziale nel trasferimento e nell’imballaggio delle proteine prodotte dal reticolo endoplasmatico, nella sintesi delle glicoproteine e dei mucopolisaccaridi. Dal punto di vista ultrastrutturale nell’apparato di Golgi si riconoscono due livelli di organizzazione: la cisterna e il dittiosoma.

· La cisterna è l’unità fondamentale del dittiosoma, con forma di compartimento appiattito e fenestrato; è limitata da membrane lisce; ha un diametro pari a 0,5¸1 mm.

· Il dittiosoma(Dittiosoma significa apparato reticolare in quanto il greco dìktyon significa rete.) è un sistema lamellare formato per associazione e impilamento di più cisterne o sacculi; il numero di cisterne è variabile, in media da 5 a 8, ma può arrivare a 30 o anche più; uno spazio di 10-15 nm separa ogni cisterna da quella vicina (in questo spazio sono assenti i ribosomi e il glicogeno, come anche nello ialoplasma che circonda ciascun dittiosoma). Ogni dittiosoma è provvisto di due facce, fra le quali si trovano le cisterne impilate:

§ faccia cis, convessa, in rapporto col reticolo endoplasmatico e le vescicole di transizione

§ faccia trans, concava, in rapporto con vescicole o vacuoli di secrezione  

La faccia cis, le cui membrane hanno uno spessore di 6 nm, paragonabile quindi a quello del reticolo endoplasmatico, ha rapporti con una cavità del reticolo endoplasmatico granulare, la cui membrana adiacente alla cisterna golgiana è priva di ribosomi. Questa membrana dà origine, per gemmazione, a piccole vescicole lisce, le vescicole di transizione, con diametro di 20 nm. Vescicole più voluminose, i granuli di secrezione, con diametro compreso fra 40 e 80 nm, sono in rapporto con la faccia trans, le cui membrane hanno uno spessore simile a quello della membrana plasmatica (7,5 nm).

Nonostante le numerose e approfondite ricerche sull’argomento, dal punto di vista biochimico l’apparato di Golgi rimane ancor oggi un grosso mistero. Infatti fino a qualche anno addietro si riteneva che tale apparato fosse un sistema in continua trasformazione, nel quale una faccia immatura, quella cis, si generava per apporto di vescicole provenienti dal REG, mentre una faccia matura trans si consumava per il distacco di macrovescicole e di vacuoli di secrezione diretti verso la membrana plasmatica della cellula. Oggi si ritiene invece che l’apparato sia costituito da cisterne relativamente stabili e compartimentate.

Funzionamento dei dittiosomi

Il traffico transgolgiano, secondo Farquar & Palade, consiste in vescicole di transizione, formate per gemmazione del REL, che trasportano prodotti qui elaborati. Le vescicole si fondono quindi coi bordi dilatati delle cisterne golgiane. Il trasporto è pertanto assicurato da vettori vescicolari, i quali si muovono, come navette, fra il reticolo endoplasmatico e la periferia dell’apparato di Golgi. I granuli di secrezione raggiungono la membrana citoplasmatica e, per un processo di esocitosi, scaricano i loro prodotti di secrezione. Una delle funzioni principali dell’apparato di Golgi è quella di smistare le proteine di membrana, le proteine di secrezione e gli enzimi lisosomiali.

2-FUNZIONI dell’apparato di Golgi

L’apparato di Golgi interviene in diverse funzioni cellulari: trasferimento e concentrazione di proteine destinate a essere escrete, formazione di nuove membrane, sintesi di polisaccaridi e di glicoproteine, nonché in un settore del catabolismo cellulare. Analizziamo solo la prima di queste funzioni

Tasferimento delle proteine e loro concentrazione

La sintesi delle proteine avviene nel reticolo endoplasmatico rugoso grazie all’attività dei ribosomi e quindi le proteine neoformate raggiungono i dittiosomi e poi i granuli di secrezione. Questo meccanismo inizialmente fu messo in evidenza nelle cellule pancreatiche esocrine e per questo ne diamo una breve descrizione a scopo esemplificativo.

Il pancreas è una ghiandola acinosa a secrezione sierosa, composta, anficrina, il cui prodotto di secrezione, riversato nel lume duodenale, consiste essenzialmente di proteine enzimatiche. Le cellule responsabili della sintesi di questi enzimi sono disposte in acini, formazioni simili a chicchi d’uva con il picciolo che rappresenta il dotto escretore. Ogni cellula ha forma conica, in sezione ha forma triangolare, e poggia su una lamina basale che circonda ogni acino.

Un ricco REG associato a mitocondri occupa la regione basale della cellula, mentre i dittiosomi dell’apparato di Golgi sono sopranucleari. Infine, i granuli di secrezione, detti granuli di zimogeno (che contengono i diversi enzimi pancreatici), si distribuiscono al polo apicale della cellula. La leucina è un aminoacido utilizzato nella sintesi delle proteine enzimatiche e la leucina triziata viene incorporata nel reticolo endoplasmatico circa 5 minuti dopo iniezione endovenosa. Dopo 20 minuti le cisterne prossimali dell’apparato di Golgi sono marcate e i granuli di secrezione lo sono un’ora dopo.

La sintesi degli enzimi pancreatici avviene dunque nel REG e sono quindi trasferiti all’apparato di Golgi, che concentra i prodotti di elaborazione nei bordi dilatati delle cisterne. Tutto ciò si verifica anche in assenza di sintesi di ATP, quindi non è energeticamente dipendente. Da parte dell’apparato di Golgi i prodotti vengono trasformati in granuli di secrezione e riforniti di membrane competenti o adatte all’esocitosi, perché possono, per inserimento, fondersi con la membrana citoplasmatica.

Non esistono esempi di prodotti escreti che vadano incontro a esocitosi senza passare attraverso l’apparato di Golgi. La progressione dei granuli di secrezione verso l’apice cellulare dipende dall’attività dei filamenti di actina e dei microtubuli. Le sostanze che bloccano il citoscheletro inibiscono l’esocitosi. L’aumento del Ca⁺⁺ intracellulare stimola lo scarico dei granuli, cioè la degranulazione. Questo progredire dipende anche dall’energia fornita dalla cellula, perché viene interrotto dagli inibitori della fosforilazione ossidativa (dinitrofenolo, antimicina A). Per cui, il passaggio attraverso il complesso di Golgi dei prodotti destinati alla secrezione è obbligatorio. Diamo un esempio di trasporto intracellulare analizzando come avviene la migrazione dei granuli di pigmento nelle cellule pigmentarie.

Ha la funzione di immagazzinare, concentrare e distribuire le proteine da trasportare fuori dalla cellula e quelle che, pur rimanendo all'interno di essa, devono rimanere separate dal citoplasma mediante una membrana. L'apparato di Golgi, inoltre, riceve dal reticolo endoplasmatico liscio i lipidi da usare per la sintesi delle lipoproteine, molecole organiche formate appunto da una parte lipidica e da una proteica.

L'apparato di Golgi sintetizza anche polisaccaridi, molecole organiche formate da una catena di zuccheri, che la cellula secerne nell'ambiente esterno come tali o legati a proteine (glicoproteine). Ad esempio, le cellule vegetali producono cellulosa (polisaccaride composto da molecole di glucosio) e la pectina, che vengono secrete e utilizzate per la costruzione della parete ; alcune cellule animali producono glicoproteine che diventano i componenti principali del muco da esse secreto. Situato in vicinanza del nucleo, l'apparato dei Golgi ha una forma arcuata, ed è orientato in modo da avere la convessità verso il nucleo e la concavità verso la membrana cellulare.
Le proteine e i lipidi sintetizzati rispettivamente dai ribosomi e dal reticolo endoplasmatico liscio, vengono convogliati nel reticolo endoplasmatico, dove sono racchiusi in minuscole strutture tondeggianti delimitate da membrana, dette vescicole; queste ultime vanno a fondersi con la cisterna dell'apparato di Golgi più vicina al nucleo (superficie di formazione). Da qui proteine e lipidi vengono convogliati progressivamente attraverso le pile di cisterne fino a raggiungere la superficie di maturazione, ossia la cisterna più vicina alla membrana plasmatica. Nell'apparato di Golgi le proteine possono essere modificate mediante l'aggiunta di lipidi (lipoproteine) o carboidrati (glicoproteine). I materiali così sintetizzati vengono racchiusi all'interno di una vescicola mediante l'estroflessione della membrana plasmatica; in tal modo, essi restano separati dal citoplasma. Le vescicole sono poi smistate a seconda della loro destinazione: le proteine che devono tornare nel reticolo endoplasmatico vengono riconosciute e trasportate dove sono richieste. Alcune proteine e lipoproteine sono invece inviate alla superficie della cellula per essere liberate nell'ambiente esterno (processo di secrezione). Altre ancora sono trasferite nei lisosomi, piccole strutture endocellulari contenenti enzimi digestivi. L'apparato dei Golgi fu descritto per la prima volta dallo scienziato italiano Camillo Golgi, alla fine del diciannovesimo secolo.

La funzione dell’apparato del Golgi è di indirizzare il traffico delle molecole appena sintetizzate verso le giuste destinazioni, dopo aver operato le modificazioni necessarie a ottenere la conformazione definitiva delle varie molecole. In particolare, le catene di zuccheri precedentemente legate alle proteine nel reticolo endoplasmatico vengono ampiamente modificate con l’aggiunta o l’asportazione di determinati residui di carboidrati. Riassumendo, vediamo il percorso che una proteina di secrezione o di membrana deve compiere all’interno di una cellula. La proteina viene sintetizzata a livello dei ribosomi collegati al reticolo endoplasmatico ruvido, e passa all’interno del lume del reticolo dove le vengono legate le catene di carboidrati. Da qui passa nel reticolo endoplasmatico liscio, dove, tramite vescicole che si generano dal reticolo stesso, viene trasferita alla faccia cis dell’apparato del Golgi. Le vescicole si fondono con le cisterne dell’apparato del Golgi e la proteina si trova nel lume di questo organulo dove subisce in vario modo modificazioni della struttura e dei componenti glicidici. Tali modificazioni avvengono seguendo un percorso all’interno delle cisterne, e portano infine la proteina, che ha assunto la sua struttura definitiva, verso la faccia trans dell’apparato del Golgi. Da qui le proteine vengono allontanate in modo selettivo, tramite vescicole, e raggiungono la loro destinazione “operativa”: sono secrete negli spazi extracellulari, o diventano parte integrante della componente proteica della membrana cellulare o degli organuli cellulari.

Nell'anno 1898 Golgi individuò nel citoplasma delle cellule nervose una struttura microscopica, composta da un intreccio di filamenti, di placche e granuli, che denominò Apparato Reticolare Interno. Questa nuova scoperta venne messa in discussione per oltre 50 anni, sino al 1952, allorquando il microscopio elettronico ne dimostrò l'esistenza. Il nuovo e più potente strumento visivo dimostrò che in tutte le cellule - presente l'apparato di Golgi, costituito essenzialmente da un certo numero di sacculi schiacciati posti l'uno sopra l'altro in più file. Oggi si conosce anche la funzione di questo apparato: esso - sede d'importanti reazioni biochimiche finalizzate alla produzione di glicoproteine, essenziali per la nutrizione della cellula. In questi sacculi si - riscontrata la presenza di glucidi (zuccheri) che vengono coniugati con le proteine medesime per formare glicoproteine. Questo organo di sintesi proteica non solo - presente nelle cellule animali ma anche in quelle vegetali . Alla luce delle ultime ricerche biochimiche si - venuti a conoscenza che questo straordinario apparato godrebbe di una versatilità funzionale: in alcune cellule da origine ai lisosomi, particelle ricche di enzimi, in altre sospende la produzione o stimola la sintesi di sostanze proteiche. L'apparato gareggia per importanza con i ribosomi ed - la sede elettiva della sintesi di vari tipi di polissacaridi d'importanza vitale per la cellula.

La funzione dell'apparato del Golgi è quella di ricevere le vescicole provenienti dal reticolo endoplasmatico, di modificare le membrane e i contenuti delle vescicole e di inglobare i prodotti finali in vescicole di trasporto che convogliano questi prodotti in altre parti della cellula e, soprattutto verso la membrana cellulare. All'interno dei sacchi dell'apparato del Golgi avviene l'assemblaggio finale dei carboidrati con le proteine (glicoproteine) e con i lipidi (glicolipidi).