Cytologie

Lysosom

Was ist ein Lysosom und welche Aufgaben erfüllt es? In diesem Beitrag erklären wir dir, wie der Aufbau der Lysosomen aussieht und welche Funktionen sie haben.

Schau dir gerne unser zugehöriges Video%Verweis an, um den Inhalt dieses Themas noch schneller zu verstehen!

Inhaltsübersicht

Lysosom einfach erklärt

Du kannst Lysosomen in eukaryotischen Zellen%Verweis, vor allem in Tierzellen finden. Sie werden insbesondere im Golgi Apparat gebildet.

Ein Lysosom ist ein kleines Bläschen, das von einer Biomembran umgeben ist (= Vesikel ). In seinem Inneren enthält es Verdauungsenzyme, sogenannte lysosomale Enzyme.

Du kannst dir die Lysosomen als den „Magen der Zelle“ vorstellen. Ihre Hauptaufgabe ist also die sogenannte intrazelluläre Verdauung. Dabei sind sie in der Lage, mithilfe ihrer Enzyme zellfremdes und zelleigenes Material abzubauen und Makromoleküle zu spalten.

Definition

Ein Lysosom (eng: lysosome, Pl. lysosomes) ist ein Vesikel, das im Inneren Verdauungsenzyme enthält. Sein Name kommt vom griechischen lysis (Lösung) und sṓma (Körper).

Lysosom Pflanzenzelle

Nach der wissenschaftlichen Konvention wird der Begriff „Lysosom“ nur bei Tieren angewendet und der Begriff „Vakuole“ nur bei Pflanzen. Jedoch fand man heraus, dass die Vakuolen mancher Pflanzenzellen ähnliche Enzyme beinhalten wie Lysosomen. Trotzdem bezieht sich der ursprüngliche Begriff Lysosom meist auf die Organellen in tierischen Zellen.

Lysosom Aufbau

Ein Lysosom hat eine rundliche Form und ist von einer Membran umgeben. Es hat in etwa eine Größe von bis zu 1 \mu m.
Der pH-Wert in seinem Inneren (= Lumen) ist sauer und liegt in etwa in einem Bereich um 4,5 – 5. Das Cytosol , in dem sich die Lysosomen bewegen, hat einen neutralen pH-Wert von ca. 7,2.

In diesem sauren Milieu weisen die verschiedenen Enzyme wie zum Beispiel Lipasen, Proteasen und Nukleasen eine hohe Aktivität auf. Diese sogenannten hydrolytischen Enzyme sind in der Lage, Lipide, Proteine, Nukleinsäuren und Polysaccharide durch eine Hydrolyse zu spalten. Ohne die saure Umgebung könnten diese Enzyme nicht effektiv arbeiten, die genannten Stoffe nicht spalten und somit könnte das Lysosom die Stoffe nicht verdauen.

Um den niedrigen pH-Wert zu gewährleisten, benötigt das Lysosom das  Transportprotein V-Typ-ATPase, welches in die Lysosommembran eingebettet ist. V-Typ-ATPase ist in der Lage, ATP zu hydrolysieren und dadurch Protonen (H^+) vom Cytosol durch die Membran zu „pumpen“. Da der pH-Wert mit steigender Anzahl an H^+-Ionen niedriger wird, entsteht so eine durchgängig saure Umgebung im Lysosom.

%<img class="alignnone  wp-image-52443" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/05/Lysosome-1-300x300.png" alt="" width="194" height="194" /><img class="alignnone  wp-image-52441" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/05/Lysosome-198x300.png" alt="" width="141" height="214" />Beschriftung: Lysosom Aufbau, alt text: ATPase, Lysosom, Aufbau

Lysosom Entstehung

Für die Entstehung der Lysosomen ist im Voraus eine Bildung der lysosomalen Enzyme notwendig. Diese Bildung findet im rauen Teil des Endoplasmatischen Retikulums statt. Dort werden sie außerdem in Vesikel gebunden und zum Golgi Apparat transportiert.

Auf der cis-Seite des Golgi Apparates findet eine Vorbereitung für den Weitertransport der lysosomalen Enzyme statt. Dabei wird eine Phosphorylgruppe (-PO_3^{2-}) an das Enzym angehängt (= Phosphorylierung). Danach wird diesen phosphorylierten Enzymen auf der trans-Seite des Golgi Apparates ein Marker namens Mannose-6-Phosphat (M6P) gegeben. Dieser Marker dient als Erkennungsmolekül für lysosomale Enzyme.

Im nächsten Schritt werden die lysosomalen Enzyme in Vesikel verpackt. So entstehen die sogenannten primären Lysosomen. Der M6P Marker löst sich ab und kann wiederverwendet werden.

Alle Proteine, die im Golgi Apparat nicht phosphoryliert wurden, erhalten den M6P-Marker auch nicht. So erkennt die Zelle, dass es sich dabei nicht um lysosomale Proteine handelt. Diese Proteine werden dann in Transportvesikel verpackt und durch Exocytose aus der Zelle herausbefördert.

%<img class="" src="https://www.spektrum.de/lexika/images/bio/f5f4345_w.jpg" width="247" height="167" />BEschriftung: Entstehung von primären Lysosomen, alt text: Lysosom, primäre lysosomen, Entstehung

Nach der Bildung der primären Lysosomen wandern diese ins Cytoplasma. Dort können sie mit verschiedenen weiteren Vesikeln verschmelzen und so sekundäre Lysosomen bilden.

Verschmilzt ein Lysosom mit einem Endosom , entsteht ein sogenanntes Endolysosom. Endosomen entstehen bei der Endozytose von Stoffen außerhalb der Zelle.
Unter der Endozytose kannst du dir einen Vorgang vorstellen, bei dem sich  Stoffe von außen mit der Zellmembran verbinden. Dadurch bilden sich Einstülpungen, die sich daraufhin abschnüren. Auf diese Weise entstehen Vesikel, die den Stoff vom Extrazellulärraum in sich tragen.

Bei einer Verschmelzung von einem Lysosom in Makrophagen mit einem sogenannten Phagosom entstehen die Phagolysosomen. Unter einem Phagosom kannst du dir ganz einfach ein Organell vorstellen, das aus einem Fremdkörper (z.B. Bakterien) in Fresszellen (Makrophagen, Granulozyten, …) besteht, die von einer Membran umhüllt werden (= Phagocytose). In Kombination mit einem Lysosom erhält das Phagosom die notwendigen Enzyme, um den Fremdkörper abzubauen.

Lysosom Funktion

Die wichtigste Funktion eines Lysosoms besteht darin, zelleigene und zellfremde Stoffe abzubauen. Dafür schließt es den zu verdauenden Stoff (Protein, …) in seinem Innenraum ein.

Verdauung von zellfremden Stoffen

Ein Lysosom ist in der Lage, zellfremde Stoffe und Zellgifte abzubauen (= Heterophagie). Das können zum Beispiel Teile von Alkohol oder Nikotin sein.

%<img class="alignnone size-medium wp-image-52483" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/05/Lysosom-300x178.png" alt="" width="300" height="178" /> BEschriftung: Verdauung von Zellfremden Stoffen, Alt Text: Lysosom, Lysosomen, Heterophagie, Endosom, Endolysosom, Funktion

Dazu verbinden sich die primären Lysosomen mit den Endosomen, die diese zellfremden Stoffe in sich tragen. Die daraus entstandenen Endolysosomen sind in der Lage, die zellfremden Stoffe durch die hydrolytischen Enzyme zu zerlegen. Manche Endolysosomen können sogar kleine Teile des Stoffes an die Zellmembran senden. Diese wirken dort als Antigene zur Unterstützung deines Immunsystems und wappnen deine Zellen für einen erneuten Kontakt mit diesem Stoff.

Verdauung von zelleigenen Stoffen

Ein Lysosom ist auch in der Lage, zelleigene Stoffe , wie zum Beispiel Teile von Organellen oder des Cytosols, zu verdauen (= Autophagie). Diese können danach bei Bedarf sogar wiederverwertet werden. Das Lysosom ist also hier eine Art Reparaturvesikel für deine Zellen.

%<img class="n3VNCb" src="https://www.thieme.de/viostatics/bilder/vio-2/final/de/bilder/vorklinik/facher-biochemie-lysosom-A.jpg" alt="Lysosomen - Vorklinik - Via medici" width="265" height="169" data-noaft="1" /> BEschriftung: Verdauung von körpereigenen Stoffen, alt Text: Lysosom, Autophagie, Lysosomen, Funktion

Apoptose

Die Lysosomen tragen mit ihren Enzymen zur sogenannten Apoptose bei. Diese gilt als programmierter Tod einer Zelle und führt dazu, dass für den Organismus unnötige Zellen gezielt abgebaut werden.

So werden beispielsweise der Schwanz einer Kaulquappe oder die Schwimmhäute an den Fingern eines menschlichen Embryos durch Apoptose abgebaut.


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