Das Lysosomen Sie sind zelluläre Organellen, die von Membranen umgeben sind, die sich in tierischen Zellen befinden. Sie sind Kompartimente mit einem sauren pH-Wert und reich an Verdauungsenzymen, die jede Art von biologischem Molekül abbauen können: Proteine, Kohlenhydrate und Nukleinsäuren.
Außerdem können sie Material von außerhalb der Zelle abbauen. Aus diesem Grund haben Lysosomen mehrere Funktionen im Zellstoffwechsel und werden aufgrund ihrer an hydrolytischen Enzymen reichen Zusammensetzung häufig als "Magen" der Zelle bezeichnet.
Lysosomen werden durch die Fusion von Vesikeln gebildet, die aus dem Golgi-Apparat austreten. Die Zelle erkennt bestimmte Sequenzen, die als "Tags" für hydrolytische Enzyme fungieren, und sendet sie an die sich bildenden Lysosomen.
Diese Vakuolen haben eine kugelförmige Form und ihre Größe variiert beträchtlich, da sie eine ziemlich dynamische Zellstruktur darstellen..
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Lysosomen wurden vor mehr als 50 Jahren vom Forscher Christian de Duve entdeckt. Das Team von De Duve führte Experimente mit der subzellulären Fraktionierungstechnik durch, um die Position bestimmter Enzyme zu untersuchen..
Dieses experimentelle Protokoll ermöglichte die Entdeckung von Organellen, da die Forscher feststellten, dass die Freisetzung von hydrolytischen Enzymen zunahm, wenn sie Verbindungen hinzufügten, die die Membranen verschlechtern..
In der Folge konnten durch die Verbesserung der molekularbiologischen Techniken und die Existenz besserer Geräte wie Elektronenmikroskope deren Vorhandensein bestätigt werden. Tatsächlich konnte geschlossen werden, dass Lysosomen 5% des intrazellulären Volumens einnehmen.
Einige Zeit nach seiner Entdeckung wurde das Vorhandensein von hydrolytischen Enzymen in seinem Inneren nachgewiesen, was das Lysosom in eine Art Abbauzentrum verwandelte. Zusätzlich wurden Lysosomen mit dem endozytischen Leben assoziiert.
In der Vergangenheit wurden Lysosomen als Endpunkt der Endozytose angesehen, die nur zum Abbau von Molekülen verwendet wurde. Heutzutage sind Lysosomen als dynamische Zellkompartimente bekannt, die mit einer Vielzahl zusätzlicher Organellen fusionieren können..
Lysosomen sind einzigartige Kompartimente tierischer Zellen, in denen sich eine Vielzahl von Enzymen befindet, die Proteine hydrolysieren und bestimmte Moleküle verdauen können..
Sie sind dichte, kugelförmige Vakuolen. Die Größe der Struktur ist sehr unterschiedlich und hängt von dem Material ab, das zuvor erfasst wurde.
Lysosomen sind zusammen mit dem endoplasmatischen Retikulum und dem Golgi-Apparat Teil des Endomembransystems der Zelle. Obwohl diese drei Strukturen Membrannetzwerke sind, sind sie nicht kontinuierlich miteinander..
Das Hauptmerkmal von Lysosomen ist die Batterie hydrolytischer Enzyme in ihnen. Es gibt rund 50 Enzyme, die eine Vielzahl von Biomolekülen abbauen können.
Dazu gehören Nukleasen, Proteasen und Phosphatasen (die Phosphatgruppen aus Phospholipidmononukleotiden und anderen Verbindungen entfernen). Darüber hinaus enthalten sie andere Enzyme, die für den Abbau von Polysacchariden und Lipiden verantwortlich sind.
Logischerweise müssen diese Verdauungsenzyme räumlich vom Rest der Zellkomponenten getrennt werden, um ihren unkontrollierten Abbau zu vermeiden. Somit kann die Zelle die Verbindungen "auswählen", die eliminiert werden müssen, da sie die Elemente regulieren kann, die in das Lysosom eintreten.
Das Innere der Lysosomen ist sauer (nahe 4,8), und die darin enthaltenen Enzyme funktionieren bei diesem pH-Wert gut. Daher sind sie als Säurehydrolasen bekannt..
Der saure pH-Wert dieses Zellkompartiments bleibt dank einer Protonenpumpe und eines Chloridkanals in der Membran erhalten. Zusammen transportieren sie Salzsäure (HCl) in das Lysosom. Die Pumpe befindet sich verankert in der Membran der Organelle.
Die Funktion dieses sauren pH-Werts besteht darin, die verschiedenen im Lysosom vorhandenen hydrolytischen Enzyme zu aktivieren und ihre enzymatische Aktivität beim neutralen pH-Wert des Cytosols so weit wie möglich zu vermeiden..
Auf diese Weise haben wir bereits zwei Barrieren, die als Schutz gegen unkontrollierte Hydrolyse dienen: die Enzyme in einem isolierten Kompartiment zu halten und dass diese Enzyme bei dem sauren pH-Wert dieses Kompartiments gut funktionieren..
Selbst wenn die Lysosomenmembran brechen würde, würde die Freisetzung der Enzyme - aufgrund des neutralen pH-Werts des Cytosols - keine große Wirkung haben.
Die innere Zusammensetzung eines Lysosoms wird von hydrolytischen Enzymen dominiert, weshalb sie eine wichtige Region des Zellstoffwechsels darstellen, in der die Verdauung extrazellulärer Proteine, die durch Endozytose in die Zelle gelangen, das Recycling von Organellen und cytosolischen Proteinen stattfindet..
Im Folgenden werden wir die wichtigsten Funktionen von Lysosomen eingehend untersuchen: den Abbau von Molekülen durch Autophagie und den Abbau durch Phagozytose..
Ein Mechanismus, der es schafft, zelluläre Proteine einzufangen, wird als "selbstfressende" Autophagie bezeichnet. Dieses Ereignis trägt zur Aufrechterhaltung der Zellhomöostase bei, baut nicht mehr benötigte Zellstrukturen ab und trägt zum Recycling von Organellen bei..
Durch dieses Phänomen kommt es zur Bildung von Vesikeln, die als Autophagosomen bezeichnet werden. Dies sind kleine Regionen des Zytoplasmas oder anderer zellulärer Kompartimente, die vom endoplasmatischen Retikulum stammen und mit den Lysosomen fusionieren.
Beide Organellen können fusionieren, da sie durch eine Plasmamembran lipider Natur begrenzt sind. Es ist analog zu dem Versuch, zwei Seifenblasen zusammenzubringen - Sie werden eine größere bilden..
Nach der Fusion ist der enzymatische Gehalt des Lysosoms für den Abbau der Komponenten verantwortlich, die sich in dem anderen gebildeten Vesikel befanden. Das Einfangen dieser Moleküle scheint ein Prozess zu sein, dem die Selektivität fehlt und der den Abbau von Proteinen im langlebigen Cytosol verursacht.
In der Zelle scheint das Autophagieereignis durch die Menge der verfügbaren Nährstoffe reguliert zu werden.
Wenn der Körper einen Nährstoffmangel oder längere Fastenperioden hat, werden die Abbauwege aktiviert. Auf diese Weise gelingt es der Zelle, nicht essentielle Proteine abzubauen und bestimmte Organellen wiederzuverwenden.
Das Wissen, dass Lysosomen während des Fastens eine wichtige Rolle spielen, hat das Interesse der Forscher an dieser Organelle erhöht.
Neben ihrer aktiven Teilnahme an Perioden mit niedrigem Nährstoffgehalt spielen Lysosomen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung bestimmter Abstammungslinien organischer Wesen.
In einigen Fällen impliziert die Entwicklung die vollständige Umgestaltung des Organismus, was bedeutet, dass bestimmte Organe oder Strukturen während des Prozesses eliminiert werden müssen. Beispielsweise trägt bei der Metamorphose von Insekten der Hydrolysegehalt von Lysosomen zum Umbau von Geweben bei.
Endozytose und Phagozytose spielen eine Rolle bei der Aufnahme von Elementen außerhalb der Zellen und deren anschließendem Abbau.
Während der Phagozytose sind bestimmte Zellen - wie Makrophagen - für die Aufnahme oder den Abbau großer Partikel wie Bakterien oder Zelltrümmer verantwortlich.
Diese Moleküle werden von einer phagozytischen Vakuole aufgenommen, die als Phagosom bezeichnet wird und wie im vorherigen Fall mit den Lysosomen fusioniert. Durch die Fusion werden Verdauungsenzyme im Phagosom freigesetzt und die Partikel werden abgebaut.
Einige Autoren unterscheiden dieses Kompartiment in zwei Haupttypen: Typ I und Typ II. Typ I oder primäre Lysosomen sind an der Speicherung hydrolytischer Enzyme beteiligt, während sekundäre Lysosomen mit Katalyseprozessen zusammenhängen.
Die Bildung von Lysosomen beginnt mit der Aufnahme von Molekülen von außen durch endozytische Vesikel. Letztere verschmelzen mit anderen Strukturen, die als frühe Endosomen bezeichnet werden..
Später durchlaufen frühe Endosomen einen Reifungsprozess, der zu späten Endosomen führt.
Eine dritte Komponente tritt im Bildungsprozess auf: die Transportvesikel. Diese enthalten die Säurehydrolasen aus dem trans-Netzwerk des Golgi-Apparats. Beide Strukturen - Transportvesikel und späte Endosomen - verschmelzen und werden zu einem Lysosom, nachdem sie den Satz lysosomaler Enzyme erworben haben.
Während des Prozesses erfolgt das Recycling von Membranrezeptoren durch Recycling von Endosomen..
Säurehydrolasen werden während des Fusionsprozesses der Organellen, aus denen Lysosomen entstehen, vom Mannose-6-Phosphatrezeptor getrennt. Diese Rezeptoren treten wieder in das Golgi-Trans-Netzwerk ein.
Verwechslungen zwischen den Begriffen Endosomen und Lysosom sind häufig. Ersteres sind membrangebundene Zellkompartimente - wie Lysosomen. Der entscheidende Unterschied zwischen den beiden Organellen besteht jedoch darin, dass den Lysosomen Mannose-6-phosphat-Rezeptoren fehlen..
Zusätzlich zu diesen beiden biologischen Einheiten gibt es andere Arten von Vesikeln. Eine davon sind Vakuolen, deren Gehalt hauptsächlich aus Wasser besteht.
Transportvesikel sind, wie der Name schon sagt, an der Bewegung von Substanzen zu anderen Stellen in der Zelle beteiligt. Sekretorische Vesikel entfernen unterdessen Abfallstoffe oder Chemikalien (z. B. solche, die an der Synapse von Neuronen beteiligt sind).
Beim Menschen sind Mutationen in Genen, die für Lysosomenenzyme kodieren, mit mehr als 30 angeborenen Krankheiten verbunden. Diese Pathologien werden unter dem Begriff "lysosomale Speicherkrankheiten" zusammengefasst.
Überraschenderweise entstehen viele dieser Zustände durch Schädigung eines einzelnen lysosomalen Enzyms..
Bei Betroffenen ist die Folge eines nicht funktionierenden Enzyms in den Lysosomen die Anreicherung von Abfallprodukten.
Die häufigste Veränderung der lysosomalen Ablagerung ist als Gaucher-Krankheit bekannt und geht mit einer Mutation im Gen einher, die für das für Glykolipide verantwortliche Enzym kodiert. Als merkwürdige Tatsache zeigt die Krankheit eine ziemlich hohe Häufigkeit in der jüdischen Bevölkerung, von der 1 von 2.500 Personen betroffen ist..
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