Lysosomen: Aufbau, Funktion und Bedeutung für die Zelle

Lysosomen: Das Verdauungssystem der Zelle

Lysosomen sind eine Reihe von Strukturen in eukaryotischen Zellen, deren Hauptfunktion die Verdauung von Materialien ist. Sie lysieren Abfallstoffe und können als das Verdauungssystem der Zelle betrachtet werden. Diese cytoplasmatischen Bläschen weisen einen großen Polymorphismus auf und sind von einer Membran umgeben, die eine granuläre, dichte und heterogene Matrix enthält. Sie fungieren als Verdauungsvakuolen.

Der Inhalt der Lysosomen hat einen sauren pH-Wert. Die Menge der Enzyme variiert und hängt von der funktionalen Spezialisierung der jeweiligen Zelle ab. Zur Identifizierung reichen morphologische Kriterien nicht aus; es müssen Membranmarker (Lamp-1 und Lamp-2) oder lysosomale Marker (Cathepsin-L) nachgewiesen werden.

Zusammensetzung

Die Lipidfraktion besteht hauptsächlich aus Phospholipiden. Die innere Schicht enthält etwa dreißig verschiedene Proteine mit einem Molekulargewicht von 20-200 kD, von denen die meisten Glykoproteine sind. Dazu gehören transmembrane Enzyme wie saure Phosphatase. Die Membran der Lysosomen enthält Lamp-1 und Lamp-2, die als lysosomale Marker dienen.

Funktion

Heterophagie: Abbau von Materialien, die von der Zelle durch Phagozytose oder Endozytose aufgenommen werden.

Phagosomen: Vakuolen, die durch Phagozytose von Leukozyten oder Makrophagen entstehen und fremde Fragmente oder nekrotische Zellen enthalten. Je nach Zelltyp erfüllen sie folgende Aufgaben: Verteidigung, Zellerneuerung, Proteinabsorption, Glykoproteinabbau, Cholesterinabbau, Sekretion von Schilddrüsenhormonen, Hormonsekretion, Erneuerung der Sehnerven.

Autophagie: Mechanismus, bei dem die Zelle beschädigte, überflüssige oder nicht funktionelle Organellen abbaut. Je nach Zelltyp erfüllt sie folgende Funktionen: Erneuerung der Organellen, Differenzierung, Reparatur reversibler Zellschäden, Proteinumsatz, Anpassung an Fasten.

Crinophagie: Spezieller Mechanismus der Autophagie in endokrinen sekretorischen Zellen wie der Hypophyse, bei dem überschüssige Sekretionsgranula abgebaut werden. Dies geschieht durch Autophagie oder durch direkte Fusion der Granula mit Lysosomen.

Entlassung des Inhalts nach außen

Einige Zelltypen können den lysosomalen Inhalt in die extrazelluläre Umgebung absondern, wo die hydrolytischen Enzyme ihre Funktion ausüben. Beispiele:

• Osteoklasten (Knochengewebe)
• Abwehr: Weiße Blutkörperchen können lysosomale Enzyme absondern.
• Befruchtung: Das Akrosom der Spermien ist ein Lysosom, dessen Inhalt bei Kontakt mit dem Ei freigesetzt wird und den Durchgang durch die Eimembranen erleichtert, da es deren Abbau fördert. Nach der Befruchtung setzt das Ei Enzyme frei, die die Rezeptoren für Spermien zerstören und so eine weitere Befruchtung verhindern.

Speicherung

Lysosomale Organellen können auch als Speicher für Reservestoffe dienen, wie z.B. in bestimmten pflanzlichen Aleuron-Körnern.

Pathobiologie der Lysosomen

Angeborene Pathologien

Veränderungen der Membran, des Inhalts oder der Funktion der Lysosomen können zu Krankheiten führen. Beispiele:

• Chédiak-Steinbrinck-Higashi-Syndrom: Typ-I-Erkrankung, die zu einer Ansammlung von Stoffen (Tesaurismose) führt. Klinische Manifestationen umfassen Tachypnoe, Husten und Herzprobleme. Der Tod tritt oft im ersten Lebensjahr ein. Anatomisch zeigt sich eine Kardiomegalie, manchmal Hepatomegalie, Muskelhypotonie, Muskelhypertrophie und Makroglossie.

Erworbene Pathologien

• Pneumokoniose
• Gicht

Veränderte Funktion: Bestimmte Mikroorganismen, die in die Zelle eindringen, können die normale Funktion der Lysosomen stören.