Lysosomen
Lysosomen und intrazelluläre Verdauung
Lysosomen sind Zellorganellen in Eukaryoten. Die Lysosomen enthalten zur Verdauung von Material viele verschiedene hydrolysierende Enzyme, wie Proteasen, Nucleasen und Lipasen. Diese erreichen nur eine hohe Aktivität bei saurem Milieu (=> Schutz der Zelle bei Aufbruch eines Lysosoms). Die Lysosomen besitzen einen PH-Wert von unter 5. Sie sind von einer Membran umgeben mit spezifischer Proteinausstattung. Eine V-Typ-ATPase transportiert pro ATP-Molekül 2 Protonen in die Lysosomen und die Membranproteine sind auf der E-Seite zum Schutz stark glykosyliert.
Die lysomalen Proteine erfahren im Trans-Golgi Apparat eine Sortierung und werden gezielt in Vesikeln verpackt zu den späten Endosomen transportiert. Im Fall der Hydrolasen ist ein spezifisches Signal bekannt: M6P-Gruppen an auschließlich N-gekoppelten Oligosacchariden. Diese Modifikation findet im cis-Golgi statt und wird von 2 Enzymen katalysiert: Eine Phosphotransferase erkennt, daß es sich um ein lysosomales Enzym handelt und heftet N-Acetylglucosamin-1-Phosphat an ein oder 2 Mannosereste; das 2. Enzym schneidet den N-Acetylglucosamin-Rest ab, womit die Markierung durchgeführt ist.
Ein Defekt in der Phosphotransferase führt zu einer sog. lysosomalen Speicherkrankheit. Da keine Markierung mit M6P stattfinden kann, werden die lysosomalen Enzyme nicht sortiert und gelangen unkontrolliert über die PM in die extrazelluläre Matrix (I-Zellkrankheit, autosomal rezessiv). Andere lysosomale Speicherkrankheiten werden bei Defekten von lysosomalen Hydrolasen ausgelöst. Dadurch kommt es zur Vermehrung von nicht-abgebauten Material in den Lysosomen (z.B Hunter). Meistens sind schwere Krankheitserscheinungen die Folge.
Im Trans-Golgi werden die M6P-Reste von membranintegralen M6P-Rezeptoren erkannt. Im späten Endosom trennen sich die M6P-Rezeptoren bei PH 6 wieder von ihren Liganden und werden rezyklisiert.
Es gibt auch einen M6P unabhängigen Transportweg in die Lysosomen, z.B. bei den Membranproteinen der Lysosomen. Der Mechanismus ist nicht bekannt.