Material, das aus 3 verschiedenen Quellen stammt, muss abgebaut und recycelt werden. Substrate aus zwei dieser Quellen gelangen von außen in die Zelle und die dritte stammt von innen.

1. Von außerhalb der Zelle Der Prozess der Endozytose, einschließlich Pinozytose (Zelltrinken), lässt Flüssigkeiten und kleine Partikel durch die Bildung kleiner, mit Protein beschichteter Vertiefungen in der Plasmamembran zu. Diese versiegeln sich zu proteinbeschichteten Vesikeln. Jedes Vesikel entwickelt sich zu einem ‚frühen Endosom‘ und dann zu einem ’späten Endosom‘.
2. Auch von außerhalb der Zelle bringt die Phagozytose (zelluläres Essen) relativ große Partikel (im Allgemeinen >250 nm groß), einschließlich Bakterien und Zelltrümmer. Phagozytose kann von ‚gewöhnlichen Zellen‘ durchgeführt werden, wird aber hauptsächlich von Makrophagen durchgeführt, die bis zu 1.000 Lysosomen pro Zelle enthalten können. Die aus der Phagozytose resultierende Struktur wird als Phagosom bezeichnet.
3. Aus dem Inneren der Zelle sind Autophagosomen dafür verantwortlich, Organellen wie Mitochondrien und Ribosomen zu entfernen, die lebensbedrohlich sind. Es wird angenommen, dass eine membranöse Struktur die lebensfähige Organelle umgibt und einschließt, um ein Autophagosom zu bilden. Diese Struktur verschmilzt dann mit einem Lysosom zu einer hybriden Organelle.

Endolysosomale Systeme: ‚kiss and run‘, vollständige Fusionsaktivitäten und Reifungsmodelle

Es wurde untersucht, wie Materialien, die durch Endozytose in die Zelle aufgenommen wurden, innerhalb der Zelle transportiert und schließlich abgebaut werden. Ein Großteil der Arbeit hat sich auf frühe und späte Endosomen konzentriert, aber mit Vorsicht kann man Phagosomen, Autophagosomen und späte Endosomen alle als ’späte Endosomen‘ betrachten, um das endolysosomale System zu verstehen.

Es gibt jetzt eine beträchtliche Menge an Beweisen zu zeigen:

1. Die Hauptstelle für die Proteolyse ist nicht das Lysosom selbst, sondern eine Organelle, die eher dem späten Endosom ähnelt und etwa 20% der verfügbaren Hydrolasen enthält.
2. Lysosomen enthalten etwa 80% der Verdauungsenzyme.
3. Lysosomen sind wahrscheinlich Speicherorganellen für Hydrolasen, die sie unter sauren Bedingungen bei etwa pH 5,0 inaktiv halten.
4. Lysosomen arbeiten nicht als unabhängige Organellen, sondern treffen auf späte Endosomen, um als endolysosomales System zu fungieren.

Diese Erkenntnisse haben zur Entwicklung von Modellen geführt, die auf dem Zusammenspiel von späten Endosomen und Lysosomen mit unterschiedlichem Kontaktgrad basieren. Eines dieser Modelle heißt ‚kiss and run‘ und das andere ‚Fusion‘

Kiss and Run
In diesem Modell treten, wie der Name schon sagt, das späte Endosom und das Lysosom in Kontakt, so dass Chemikalien ausgetauscht werden können, aber nach dieser Begegnung trennen sie sich ziemlich schnell. Das Lysosom steht dann zur Verfügung, um ein anderes spätes Endosom zu ‚küssen‘.

Fusion
Neuere Erkenntnisse haben zu der ‚Fusionshypothese‘ geführt, bei der ein spätes Endosom und ein Lysosom vollständig miteinander verschmelzen, um eine ‚hybride Organelle‘ zu bilden. Während der Fusionszeit findet ein molekularer Abbau der endozytären Belastung statt. Die resultierenden Aminosäuren und andere Moleküle, die für die Zelle nützlich sind, werden von Transportern durch die hybride Organellenmembran in das Zytoplasma aufgenommen. Nach dem Abbau und dem erneuten Radfahren kondensiert der Inhalt der Organelle, Das Lysosom wird reformiert und bewegt sich weg, um eine hybride Organelle mit anderen späten Endosomen zu bilden. Manchmal bleibt eine kleine Menge Rückstand übrig. Dies geschieht durch den Prozess der Exozytose, bei dem der Rückstand durch die Plasmamembran ausgestoßen oder für die Dauer des Lebens des Organismus in einem Pigmentgranulat versiegelt wird.

Reifungssystemmodelle
Modelle, die auf dem Prinzip von Strukturen basieren, die zu Lysosomen reifen, sind derzeit nicht populär, werden aber in einigen Lehrbüchern erwähnt und hier skizziert.
Sowohl im Reifungs- als auch im vesikulären Transportmodell entwickeln sich späte Endosomen zu einem Lysosom.
Im Reifungsmodell wird ein frühes Endosom aus Vesikeln gebildet, die aus der Plasmamembran stammen und sich miteinander verbinden. Verschiedene andere Vesikel liefern und entfernen Chemikalien bis zum späten Endosom, und dann ist das Lysosomenstadium erreicht.Im Vesikeltransportmodell werden frühe und späte Endosomen als stabile separate Organellen mit Vesikeln betrachtet, die Chemikalien von frühen Endosomen zu späten Endosomen tragen. Späte Endosomen reifen dann zu Lysosomen

Lysosomenfunktionsstörungen
Es gibt etwa 30 ziemlich seltene Erkrankungen beim Menschen, die auf Defekte in der endolysosomalen Funktion zurückzuführen sind. Alle werden durch Fehler im genetischen Code verursacht und alle sind lysosomale Speicherstörungen. Bei diesen Störungen reichern sich Produkte in den Lysosomen an, weil die Enzyme, die ihren Abbau beschleunigen würden, fehlen oder defekt sind.Jede Störung hat einen spezifischen medizinischen Namen, z. B. T-Zell-Krankheit (I-Zell-Krankheit), Tay-Sachs-, Pompe- und Gaucher-Krankheit. Jede Störung hat ein anderes Ergebnis für den Patienten; einige sind schwerer als andere. Bei der I-Zell-Erkrankung sind die Lysosomen der Fibroblastenzellen in fast allen hydrolytischen Enzymen mangelhaft und große unverdaute ‚Einschlüsse‘ bauen sich in den Zellen der Patienten auf. Es ist noch nicht klar, ob Lysosomen, die große Mengen unverdauten Materials enthalten, an der Bildung von hybriden Organellen beteiligt sind.

Aus molekularbiologischer Sicht gibt es zwei Gruppen von Störungen; diejenigen, die mit (1) Zielmarkierungsfehlern und (2) Enzymmangelfehlern assoziiert sind.Bei der I-Zell-Krankheit werden die richtigen Enzyme produziert, aber aufgrund der falschen molekularen Adressetikette werden sie vom Lysosom weg und wahrscheinlich nach außerhalb der Zelle geleitet. Die Tay-Sachs-Krankheit, eine lysosomale Speicherstörung in Nervenzellen, verursacht fast immer einen frühen Tod, aber die Häufigkeit des Todes sinkt jetzt dank Tests und genetischer Beratung. Bei Morbus Gaucher reichern sich große Mengen an Lipiden in den Lysosomen an. Glücklicherweise hat die Forschung in der Zellbiologie und Biotechnologie eine Enzymersatztherapie hervorgebracht. Es scheint zu funktionieren, aber es ist teuer und muss durch intravenöse Infusion verabreicht werden. Weitere interessante Informationen über die Gaucher-Störung erhalten Sie von (1) Gaucher’s Association, www.gaucher.org.uk und (2) die National Gaucher Association, www.gaucherdisease.org .

ZUSAMMENFASSUNG

• Es gibt zwei Arten von Lysosomen; sekretorische Lysosomen und konventionelle.
• Konventionelle Lysosomen sind am Abbau und Re-Cycling verschiedener Substrate beteiligt, die ihnen durch Endocytocis, Phagozytose und durch Autophagosomen präsentiert werden. Sie sind verantwortlich für die Rückführung vieler Aminosäuren in das System.
• Der Abbauprozess wird durch die Anwesenheit von Enzymen beschleunigt. Viele davon sind saure Hydrolasen.
• Die Art und Weise, wie Lysosomen ihre Funktion erfüllen, ist Gegenstand vieler aktueller Forschungen. Die bisherigen Ergebnisse legen nahe, dass die Tage, in denen Lysosomen als eigenständige Verarbeitungsanlagen betrachtet wurden, gezählt sind, aber vielleicht sollten wir die Ansicht vertreten, dass es wahrscheinlich verschiedene Arten von lysosomalen Systemen gibt und dass kein Modell eine universelle Anwendung bietet.
• Wir müssen konventionelle Lysosomen als Teil eines integrierten endolysosomalen Systems betrachten, in dem Fusionen von Lysosomen mit späten Endosomen im Mittelpunkt zu stehen scheinen. Lysosomen erleben eine ‚Verjüngungskur‘.