Lysosomen sind die Recyclinganlagen der Zelle, in denen alles abgebaut wird, was nicht oder nicht mehr benötigt wird. Wie die kleinen zellulären Organellen diese wichtige Aufgabe erfüllen und aus welchen Bestandteilen Lysosomen aufgebaut sind, kannst Du hier lernen.
Definition: Was sind Lysosomen?
Lysosomen sind runde ca. 0,5 µm große Zellorganellen, die mit Ausnahme der roten Blutkörperchen in allen eukaryotischen Zellen vorkommen. In der Biologie werden sie der Gruppe der Vesikel zugeordnet, in denen spezielle Abbaureaktionen zur Entgiftung und Entsorgung stattfinden. Größere Mengen von Lysosomen finden sich daher beispielsweise in Leberzellen oder Makrophagen.
Lysosomen können auch mit anderen Vesikeln verschmelzen und zu sogenannten sekundären Lysosomen werden. Bei der Endozytose, also dem Transport von Stoffen in die Zelle hinein, verschmelzen Lysosomen beispielsweise mit Endosomen zum Endolysosom. In den Makrophagen verbinden sich Lysosomen mit Phagosomen zu Phagolysosomen, deren Funktion in der Verdauung zellfremden Materials liegt.
Lysosomen stehen aber nicht nur mit Vesikeln, sondern auch mit anderen Organellen in Kontakt. Sie werden beispielsweise durch Abschnürung am Golgi-Apparat gebildet und sind mit der Membran verbunden. Das raue mit Ribosomen besetzte endoplasmatische Retikulum ist wiederum für den Aufbau der Membranproteine und lysosomalen Enzyme verantwortlich.
Lysosomen: Aufbau
Lysosomen sind von einer einfachen Membran umgebene Vesikel, in denen mehr als 50 Enzyme enthalten sind, darunter verschiedene Hydrolasen (z.B. Proteasen, Lipasen, Nukleasen), Phosphatasen und andere Enzyme. Lysosomen haben im Inneren eine saure Umgebung, die gewährleistet, dass die lysosomalen Enzyme optimal arbeiten können. Das Zytosol, d. h. die Zellflüssigkeit, hingegen hat einen höheren pH-Wert, in dem die sauren Hydrolasen nicht aktiv sind. Ein beschädigtes Lysosom, das Enzyme ins Zytosol freigibt, kann dort also zu keinem Schaden führen.
Damit das saure Milieu in den Lysosomen erhalten bleibt, transportieren Protonenpumpen in der Zellmembran (sog. V-Typ-ATPase) ständig Wasserstoffteilchen aus dem Zytosol ins Lysosom hinein. Um die Membran selbst vor dem aggressiven Inhalt der Lysosomen zu bewahren, enthält sie zudem Glykoproteine, welche die Funktion eines Schutzschildes übernehmen.
Lysosom: Aufgabe und Funktion
Lysosomen spielen eine wichtige Rolle im Zellstoffwechsel: sie dienen der intrazellulären Verdauung und werden häufig als „Magen“ der Zelle bezeichnet. Um den Abbau einzuleiten, umschließt das Lysosom zellfremdes oder zelleigenes Material. Anschließend werden die verschiedenen Makromoleküle (u. a. Proteine, Kohlenhydrate, Fett- und Nukleinsäuren) durch Enzyme zerlegt und die entstehenden Einzelteile (z.B. Aminosäuren aus Protein) ins Zytosol transportiert, wo sie schließlich wiederverwertet werden.
Im Rahmen der zelleigenen Verdauung, der sogenannten Autophagie, werden mithilfe der Lysosomen beispielsweise defekte Zellorganellen wie Mitochondrien recycelt. Dazu verschmelzen ein Lysosom und ein sogenanntes Autophagosom miteinander. Das Autophagosom ist quasi ein zellulärer Müllbeutel, in dem die Zelle Material gesammelt hat, das zum Recycling zerlegt werden soll. Das Lysosom liefert die passenden Enzyme, um die verschiedenen Zellmülltypen zu zerlegen. Darüber hinaus tragen Lysosomen zur Apoptose, dem programmierten Zelltod, bei. Die Apoptose wird beispielsweise eingeleitet, wenn Zellorganellen wie Mitochondrien oder der Zellkern fehlen oder eine Zelle erkrankt. Sie verhindert somit, dass eine potenziell gefährliche Zelle den Körper schädigt.
Wird zellfremdes Material wie Keime oder Gifte von Lysosomen abgebaut, spricht man nicht von Autophagie, sondern von Heterophagie. Um diese einzuleiten, müssen die extrazellulären Bestandteile durch Endozytose in das Lysosom eingeschleust werden.
Vom Enzym zum Lysosom
Damit Lysosomen in der Zelle entstehen, müssen zunächst die lysosomalen Enzyme an den Ribosomen des endoplasmatischen Retikulums gebildet werden. In Vesikel eingebaut, wandern diese dann zum Golgi-Apparat, wo sie zunächst im cis-Golgi-Apparat für den Weitertransport an Mannose-6-phosphat-Gruppen markiert werden. Der trans-Golgi-Apparat erkennt die Markierung und sortiert das Enzym in bestimmte Vesikel (sogenannte primäre Lysosomen). Sobald die Lysosomen vom Golgi-Apparat ins Zytosol freigegeben werden, stehen sie für ihre Aufgaben zur Verfügung.
