Phagozytose, Endozytose und Autophagie: Funktionen der Lysosomen

Phagozytose und Endozytose

Die Phagozytose ist ein Prozess, bei dem die Zelle große Partikel aufnimmt, etwa Mikroorganismen, Zellreste oder Fremdkörper. Dabei werden große Vakuolen gebildet, die anschließend mit primären Lysosomen oder bereits vorhandenen sekundären Lysosomen verschmelzen. So entstehen Phagolysosomen (auch Endolysosomen genannt), in denen die Aufnahme verdaut wird.

Die Endozytose hingegen umfasst die Aufnahme von Stoffen über Vesikel, die sich aus der Plasmamembran bilden. Dabei spielen Clathrin und weitere Proteine eine wichtige Rolle. Die Vesikel werden in frühe, späte oder extrazelluläre Endosomen überführt, wo die Membranrezeptoren recycelt werden. Ein Teil des Materials gelangt über multivesikuläre Körper in das späte endosomale Kompartiment und schließlich zu den Lysosomen.

Funktionen der Phagozytose und Endozytose

1. Abwehr: Leukozyten phagozytieren und zerstören Mikroorganismen während der entzündlichen Reaktion. Makrophagen verschlingen ebenfalls Mikroorganismen, Zellreste und Fremdkörper und verdauen sie.
2. Zellerneuerung: Alte oder defekte Zellen, beispielsweise rote Blutkörperchen, die etwa 120 Tage leben, werden von Makrophagen in der Milz, der Leber und im Knochenmark (Gelbes Knochenmark) erkannt und phagozytiert.
3. Proteinaufnahme: Proteine, die die glomeruläre Filtration passieren, wie Albumin, werden von Zellen des proximalen Tubulus durch Endozytose wieder aufgenommen.
4. Glykoproteinabbau: Gealterte Glykoproteine werden in den Hepatozyten durch Endozytose aufgenommen und abgebaut.
5. Cholesterinstoffwechsel: LDL-Partikel werden durch Endozytose aufgenommen; im Lysosom wird daraus Cholesterin freigesetzt.
6. Freisetzung von Schilddrüsenhormonen: Die follikulären Zellen der Schilddrüse nehmen Thyreoglobulin durch Phagozytose auf. Durch die lysosomale Verdauung entstehen daraus die Hormone T3 und T4 (Thyroxin).
7. Hormonabbau: Bestimmte Peptidhormone werden endozytiert und in den Lysosomen abgebaut.
8. Erneuerung der Photorezeptoren: Die Außensegmente der Photorezeptoren werden von den Zellen des retinalen Pigmentepithels phagozytiert und in den Lysosomen verdaut.

Autophagie

Bei der Autophagie beseitigt die Zelle eigene beschädigte oder nicht mehr benötigte Bestandteile. Das zytoplasmatische Material wird von einer doppelten Membran umschlossen, es entsteht ein Autophagosom, das mit einem Lysosom zum sekundären Lysosom (Autolysosom) verschmilzt. Im Inneren werden die Bestandteile durch lysosomale Enzyme abgebaut und recycelt.

Die Autophagie erfüllt unterschiedliche Funktionen:

1. Erneuerung von Organellen: In einigen Zellen werden Organellen ständig erneuert. In Hepatozyten werden Mitochondrien beispielsweise etwa alle 15 Tage ersetzt, und der Abbau erfolgt durch Autophagie.
2. Differenzierung: Während der Entwicklung und Differenzierung von Zellen werden Bestandteile durch Autophagie umgebaut. So können Zellen, die bestimmte Proteine nicht selbst herstellen, Bausteine aus eigenen Strukturen gewinnen, zum Beispiel Keratin in Epithelzellen.
3. Reparatur reversibler Zellschäden: Wenn Schäden an Organellen reversibel sind, werden die beschädigten Strukturen durch Autophagie entfernt.
4. Proteinumsatz: Intrazelluläre Proteine, die beschädigt oder funktionsunfähig sind, werden durch Autophagie abgebaut und im Zellzyklus wiederverwendet.
5. ATP-Gewinnung: Unter Bedingungen von Nährstoffmangel kann die Zelle durch Autophagie eigene Stoffe abbauen und so für eine gewisse Zeit ihre Energieversorgung und ihre Organellen erhalten.

Crinophagie

Die Crinophagie ist eine spezielle Form der Autophagie, bei der Sekretgranula in endokrinen oder sekretorischen Zellen direkt mit Lysosomen verschmelzen, wenn ein Überschuss an Sekretgranula besteht.

Sekretion und extrazelluläre Verdauung

Bestimmte Zelltypen können lysosomale Enzyme nach außen abgeben, wo sie ihre hydrolytische Funktion erfüllen:

1. Osteoklasten: Diese mehrkernigen Zellen geben lysosomale Enzyme in den extrazellulären Raum ab, die Kollagenfasern und Hydroxylapatitkristalle des Knochens abbauen. Dieser Mechanismus unterstützt die Knochenumgestaltung und die Regulation des Calciumspiegels im Blut hormonell.
2. Abwehr: Neutrophile Granulozyten phagozytieren Mikroorganismen und setzen dabei lysosomale Enzyme frei, die das umliegende Gewebe während der entzündlichen Reaktion beeinflussen.
3. Befruchtung: Das Akrosom der Spermatozoen enthält lysosomale Enzyme, die bei Kontakt mit der Eizelle freigesetzt werden und den Weg durch die Eihüllen ermöglichen. Nach der Befruchtung verhindern Enzyme der Eizelle das Eindringen weiterer Spermatozoen.

Speicherung

Lysosomale Organellen können auch Reservestoffe speichern. Dies geschieht beispielsweise in bestimmten Pflanzenzellen in sogenannten Aleuronkörnern.