Lysosomen sind Organellen, die unerwünschtes Protein, DNA, RNA, Kohlenhydrate und. verdauen und entsorgen Lipide in der Zelle. Das Innere des Lysosoms ist sauer und enthält viele Enzyme, die Moleküle abbauen. Es wird als Recyclingzentrum der Zelle bezeichnet, spielt aber nicht nur eine passive Rolle in der Zelle.
Neben dem Abbau unerwünschter Moleküle und sogar anderer Organellen steht seine Recyclingfunktion im Zentrum eines Prozesses namens Autophagie, bei dem sich die Zelle selbst verdaut. Autophagie wird ausgelöst, wenn die Zelle unter Stress steht und ist eine Möglichkeit, wie eine Zelle eine Seneszenz oder einen Wachstumsstopp durchläuft, um Energie zu sparen. Lysosomen sind auch wesentliche Bestandteile von Makrophagen, die den Körper gegen Krankheitserreger verteidigen.
Säuregehalt
Das Lysosom ist ein Membranbeutel, der Protonen oder Wasserstoffionen in sein Zentrum pumpt, wodurch sein Inneres einen sauren pH-Wert von 5 hat. Es enthält 50 verschiedene Arten von Enzymen, Hydrolasen genannt, die die chemischen Bindungen aufbrechen, die Moleküle zusammenhalten.
Lysosomale Enzyme sind insofern einzigartig, als sie nur bei einem sauren pH-Wert funktionieren, im Gegensatz zum relativ neutralen pH-Wert von 7,2 des Zytoplasmas. Dies ist ein Schutz für die Zelle, falls die Lysosomentasche bricht und die Enzyme freigesetzt werden. Gelangen die Enzyme in das Zytoplasma, würden sie wesentliche Zellbestandteile abbauen und zerstören, was die Zelle und den Organismus schädigen würde.
Recyclingzentren
Lysosomen bilden sich aus kleinen Beuteln, sogenannten Vesikeln, die aus dem Golgi-Komplex hervorgehen – dem „Postamt“, das Beutel durch die Zelle schickt. Die Lysosomentasche verschmilzt dann mit Endosomen, bei denen es sich um Taschen handelt, die von der Zelloberflächenmembran eingeklemmt werden. Der aus dieser Fusion resultierende neue Pouch wird zum reifen Lysosom.
Lysosomen verdauen alles, was sich in ihnen befindet, das können Partikel sein, die von der äußeren Umgebung der Zelle eingeschlossen wurden, oder Organellen und Moleküle, die sich im Inneren der Zelle befinden. Die bei der Verdauung von Molekülen anfallenden Teile können dann recycelt werden, um neue Dinge herzustellen, darunter:
- Protein
- DNA
- Zucker
- Fette
Sie können auch noch weiter zerlegt werden, anstatt recycelt zu werden. Immunzellen wie Makrophagen, die Fremdpartikel und Krankheitserreger verschlingen, verfügen über viele Lysosomen, um diese fremden Eindringlinge abzubauen.
Autophagie und Seneszenz
Wenn Zellen aufgrund eines chemischen Ungleichgewichts gestresst sind, wie zum Beispiel zu viele gefährliche Sauerstoffradikale Es wird durch die täglichen chemischen Reaktionen in der Zelle produziert und unterliegt einer Form des Wachstumsstillstands namens Seneszenz. Sauerstoffradikale sind instabile Moleküle, die chemische Bindungen in anderen Molekülen brechen und Mutationen verursachen können. Seneszenz ist ein Prozess, bei dem die Zelle aufhört zu wachsen und ruht.
Ein Teil dessen, was in der Seneszenz passiert, ist ein Prozess namens Autophagie oder Selbstfressung, bei dem die Zelle beginnt, ihre eigenen Organellen zu verdauen. Lysosomen sind die wichtigsten Organellen, die die Autophagie durchführen.
Lysosomale Erkrankungen
Es gibt 30 verschiedene menschliche Krankheiten, die aus Mutationen von Genen resultieren, die für Enzyme in einem Lysosom kodieren – sie werden lysosomale Speicherkrankheiten genannt.
Eine solche Krankheit ist die Tay-Sach-Krankheit, die geistige Behinderung und andere Nervenprobleme verursacht. Diese Krankheit wird durch eine Mutation in einem Gen verursacht, das für die Verdauung eines Fettmoleküls verantwortlich ist, das in Gehirnzellen vorkommt. Lysosomen bei Tay-Sach-Patienten sind mit diesem Fettmolekül, einem sogenannten GM2-Gangliosid, verstopft, wodurch sie anschwellen und die Funktion der Gehirnzelle stören.
Ein anderes Beispiel wird Morbus Fabry genannt. Diese Krankheit wird durch eine seltene Mutation im GLA-Gen verursacht. Dies führt dazu, dass betroffene Personen eine geringere Konzentration eines Enzyms haben, das die Fettmoleküle GL-3 und GB-3 abbaut. Wie bei der Tay-Sach-Krankheit "verstopft" dies das Lysosom und verhindert das ordnungsgemäße Funktionieren, was in einem sehr frühen Alter zu starken Schmerzen, Schlaganfällen, Herzinfarkten und mehr führt.
