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{{Diagramm Organellen}}{{Infobox GO-Terminus
| Typ = C
| GO = 0005764
| Eltern = [[Organell]]
| Kinder = Lysosomen[[Biomembran|membran]] Lysosom-[[Glycocalyx]] Lumen [[Proteinkomplex]]e
}}'''Lysosomen''' (von {{elS}} ''λύσις'', von ''lysis'' ‚Lösung‘, und ''[[wikt:σῶμα|σῶμα]]'' ''sṓma'' ‚Körper‘) sind [[Organellen|Zellorganellen]] in eukaryotischen [[Zelle (Biologie)|Zellen]]. Es handelt sich dabei um von einer einfachen [[Biomembran]] umschlossene [[Vesikel (Biologie)|Vesikel]] mit saurem [[pH-Wert]]. Sie enthalten [[Verdauungsenzyme]] und werden teilweise im [[Golgi-Apparat]] gebildet. Die Funktion der Lysosomen besteht darin, [[Biopolymere]] in ihre [[Monomere]] zu zersetzen.<ref name="Purves">W. K. Purves et al.: ''Biologie'', 7. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, 2006, ISBN 3-8274-1630-2, S. 89.</ref>

== Aufbau ==
Lysosomen haben einen Durchmesser von 0,1–1,1 μm. Sie enthalten zur intrazellulären [[Verdauung]] von Material viele verschiedene hydrolysierende Enzyme wie [[Protease]]n, [[Nuklease]]n und [[Lipasen]]. Diese Enzyme dienen der [[Hydrolyse]] von [[Protein]]en, [[Polysaccharid]]en, [[Nucleinsäure]]n und [[Lipid]]en, also aller wichtigen Gruppen von [[Makromolekül]]en. Diese erreichen nur eine hohe Aktivität in einer sauren Umgebung mit einem pH von 4,5–5. Dies dient dem Schutz der Zelle bei einem Aufbruch eines Lysosoms. In einem solchen Fall wären die Enzyme im pH-neutralen Milieu des [[Cytosol]]s inaktiv. Dies ist ein Beispiel für die Wichtigkeit der [[Zellkompartiment|Kompartimentierung]] innerhalb der Zelle. Der niedrige pH-Wert innerhalb der Lysosomen wird durch die Lysosomenmembran aufrecht gehalten. Lysosomen sind von einer Membran mit spezifischer Proteinausstattung umgeben. Eine V-Typ-[[ATPasen|ATPase]] transportiert pro [[Adenosintriphosphat|ATP]]-Molekül zwei [[Proton (Chemie)|Protonen]] (2H+) in die Lysosomen. Die Membranproteine sind auf der Innenseite zum Schutz vor der Selbstverdauung stark glykosyliert.<ref>{{Literatur |Autor=Bruce Alberts |Titel=Molekularbiologie der Zelle |Auflage=6. Auflage |Ort=Weinheim, Germany |Datum=2017 |ISBN=978-3-527-34072-9 |Seiten=817}}</ref>

== Entstehung ==
Die hydrolytischen Enzyme und die Lysosomenmembran werden durch Ribosomen am [[Endoplasmatisches Retikulum#Raues ER (granuläres ER)|rauen (granulären) Endoplasmatischen Retikulum]] (rER) gebildet und anschließend zum [[Golgi-Apparat]] transportiert. Die lysosomalen Enzyme erfahren im ''trans''-Golgi-Apparat eine Sortierung und werden gezielt in [[Vesikel (Biologie)|Vesikel]] verpackt und zu den späten [[Endosom]]en transportiert.
Im Fall der Hydrolasen ist ein spezifisches Signal bekannt: [[Mannose-6-phosphat]]-Gruppen (M6P) an ausschließlich Stickstoff-gekoppelten [[Oligosaccharid]]en. Diese Modifikation findet im cis-Golgi-Apparat statt und wird von zwei Enzymen katalysiert: Eine Phosphotransferase erkennt, dass es sich um ein lysosomales Enzym handelt und heftet [[N-Acetylglucosamin]]-1-phosphat an ein oder zwei [[Mannose]]reste; das zweite Enzym schneidet den N-Acetylglucosamin-Rest ab, womit die Markierung durchgeführt ist.

Im ''trans''-Golgi-Apparat werden die M6P-Reste von membranintegralen M6P-[[Rezeptor (Biochemie)|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.<ref>{{Literatur |Autor=Bruce Alberts |Titel=Molekularbiologie der Zelle |Auflage=6. Auflage |Ort=Weinheim, Germany |Datum=2017 |ISBN=978-3-527-34072-9 |Seiten=822 f.}}</ref>

== Aufgaben ==
[[Datei:The Biological bulletin (19756543133).jpg|mini|Lysosomen (Ly) in der [[Transmissionselektronenmikroskop]]ie]]
=== Verdauung zellfremden Materials ===
Lysosomen wirken auf mehrere Weisen an der [[Verdauung]] auf Zellebene mit. Durch [[Endozytose]] entstandene Endosomen verschmelzen mit primären Lysosomen zu sekundären Lysosomen. Bei [[Protisten]] wird dies [[Nahrungsvakuole]] genannt. In einigen Zelltypen werden Bruchstücke des im Lysosom verdauten zellfremden Materials in Form sogenannter Antigenfragmente durch [[Haupthistokompatibilitätskomplex|MHC]]-II-Rezeptoren an der Zelloberfläche präsentiert. Dieser Vorgang spielt eine wichtige Rolle im [[Immunsystem]]. Als Beispiel für menschliche Zellen, die hierzu fähig sind, sind die [[Makrophage]]n zu nennen.

=== Verdauung zelleigenen Materials ===
Die Lysosomen verwerten nicht nur zellfremdes, sondern auch zelleigenes Material. Dies nennt man [[Autophagie]]. Hierbei werden Organellen oder Teile des [[Zytosol]]s durch die Lysosomenenzyme zerlegt und wiederverwertet. Auf diese Weise erneuert sich die Zelle mit Hilfe der Lysosomen selbst. In einer menschlichen Leberzelle werden pro Woche die Hälfte aller Makromoleküle auf diese Weise zerlegt.<ref>{{Literatur |Autor=Bruce Alberts |Titel=Molekularbiologie der Zelle |Auflage=6. Auflage |Ort=Weinheim, Germany |Datum=2017 |ISBN=978-3-527-34072-9 |Seiten=817–821}}</ref>

=== Programmierter Zelltod ===
{{Hauptartikel|Programmierter Zelltod}}

Auch der programmierte Zelltod ([[Apoptose]]) durch eigene Lysosomenenzyme ist eine wichtige Aufgabe der Lysosomen. Durch Apoptose werden beispielsweise der Schwanz der [[Kaulquappe]] bei [[Amphibien]] oder die Schwimmhäute zwischen den Fingern des menschlichen [[Embryo]]s abgebaut.

== Erkrankungen mit lysosomaler Beteiligung ==
Ein Defekt in der Phosphotransferase führt zu einer so genannten [[Lysosomale Speicherkrankheit|lysosomalen Speicherkrankheit]]. Da keine Markierung mit Mannose-6-Phosphat stattfinden kann, werden die lysosomalen Enzyme nicht sortiert und gelangen unkontrolliert über die Plasmamembran in die extrazelluläre Matrix ([[I-Zellkrankheit]], autosomal rezessiv vererbt). Andere lysosomale Speicherkrankheiten werden durch Defekte lysosomaler Hydrolasen ausgelöst. Dadurch kommt es zur Vermehrung von nicht-abgebautem Material in den Lysosomen (z. B. [[Morbus Hunter]]). Meistens sind schwere Krankheitserscheinungen die Folge. Bei einer Mutation der LIPA kommt es zur [[Lysosomale saure Lipase-Defizienz|Lysosomalen saure Lipase-Defizienz]]. LIPA ist die lysosomale, saure [[Lipase]], die wichtig für den Stoffwechsel von [[Cholesterin]]-Estern und [[Triglyzeride]]n ist.<ref>Online Mendelian Inheritance in Man database: ''Lysosomal acid lipase deficiency (#278000).'' [https://omim.org/entry/278000].</ref>

== Lysosomale Kumulation von Pharmaka ==
Schwache [[Basen (Chemie)|Basen]] mit [[Lipophilie|lipophilen]] Eigenschaften neigen zur Akkumulation in sauren intrazellulären Kompartimenten wie den Lysosomen. Während die Plasma- und Lysosomenmembranen für die neutralen, ungeladenen Formen solcher Moleküle durchlässig sind, passieren die geladenen, protonierten Formen schwacher Basen die Membranen nicht und kumulieren in Lysosomen. Im Vergleich zum extrazellulären Bereich kann sich dadurch im Lysosom eine 100 bis 1000fach höhere Konzentration der schwachen Basen aufbauen. Dieser Mechanismus wird „Lysosomotropie“<ref>C. de Duve, T. de Barsy, B. Poole, A. Trouet, P. Tulkens, F. van Hoof. ''Lysosomotropic agents.'' In: ''[[Biochem. Pharmacol.]]'' 23:2495-2531, 1974. PMID 4606365</ref> oder auch „acid trapping“ genannt. Über ein zellbasiertes mathematisches Modell lässt sich die Kumulation lysosomotroper Substanzen berechnen.<ref>S. Trapp, G. Rosania, R. W. Horobin, J. Kornhuber. ''Quantitative modeling of selective lysosomal targeting for drug design.'' In: ''Eur Biophys J''. 37 (8):1317-1328, 2008. PMID 18504571</ref>

Viele klinisch eingesetzte Medikamente sind schwache Basen und kumulieren in Lysosomen. Darüber lassen sich verschiedene pharmakologische Eigenschaften solcher Medikamente erklären. So liegt die Gewebekonzentration lysosomotroper Medikamente deutlich über der Plasmakonzentration; und die Halbwertszeit im Gewebe ist höher als im Plasma; als Beispiele seien hier [[Haloperidol]],<ref>J. Kornhuber, A. Schultz, J. Wiltfang, I. Meineke, C. H. Gleiter, R. Zöchling, K. W. Boissl, F. Leblhuber, P. Riederer. ''Persistence of haloperidol in human brain tissue.'' In: ''Am J Psychiatry'' 156:885-890, 1999. PMID 10360127</ref> [[Levomepromazin]]<ref>J. Kornhuber, H. Weigmann, J. Röhrich, J. Wiltfang, S. Bleich, I. Meineke, R. Zöchling, S. Hartter, P. Riederer, C. Hiemke. ''Region specific distribution of levomepromazine in the human brain.'' In: ''J Neural Transm'' 113:387-397, 2006. PMID 15997416</ref> oder [[Amantadin]]<ref>J. Kornhuber, G. Quack, W. Danysz, K. Jellinger, W. Danielczyk, W. Gsell, P. Riederer. ''Therapeutic brain concentration of the NMDA receptor antagonist amantadine.'' In: ''[[Neuropharmacology]]'' 34:713-721, 1995. PMID 8532138</ref> genannt. Zu den hohen Gewebekonzentrationen und langen Gewebehalbwertszeiten trägt neben der lysosomalen Akkumulation auch die Lipophilie der Substanzen und deren Absorption in fetthaltigen Gewebestrukturen bei. Wichtige lysosomale Enzyme, wie die saure [[Sphingomyelinase]], können durch lysosomal akkumulierte Medikamente gehemmt werden.<ref>J. Kornhuber, P. Tripal, M. Reichel, L. Terfloth, S. Bleich, J. Wiltfang, E. Gulbins. ''Identification of new functional inhibitors of acid sphingomyelinase using a structure-property-activity relation model.'' In: ''[[J Med Chem]]'' 51:219-237, 2008. PMID 18027916</ref><ref>J. Kornhuber, M. Muehlbacher, S. Trapp, S. Pechmann, A. Friedl, M. Reichel, C. Mühle, L. Terfloth, T. W. Groemer, G. M. Spitzer, K. R. Liedl, E. Gulbins, P. Tripal. ''Identification of novel functional inhibitors of acid sphingomyelinase.'' In: ''[[PLoS ONE]]'' 6 (8):e23852, 2011. PMID 21909365</ref> Solche Substanzen werden [[FIASMA]]s genannt. Dieses Akronym leitet sich von der englischen Bezeichnung ''Functional Inhibitor of Acid SphingoMyelinAse'' ab;<ref>J. Kornhuber, P. Tripal, M. Reichel, C. Mühle, C. Rhein, M. Muehlbacher, T. W. Groemer, E. Gulbins. ''Functional inhibitors of acid sphingomyelinase (FIASMAs): a novel pharmacological group of drugs with broad clinical applications.'' In: ''[[Cell Physiol Biochem]]''. 26:9-20, 2010. PMID 20502000</ref> zu dieser Substanzgruppe gehören z. B. [[Fluoxetin]], [[Sertralin]] oder [[Amitriptylin]].

== Literatur ==
* Bruce Alberts u. a.: ''Molecular Biology of the Cell.'' 4. Auflage. Garland Science, New York 2002, ISBN 0-8153-4072-9.
* Neil A. Campbell, Jane B. Reece: ''Biologie.'' 6. Auflage. Spektrum, Heidelberg 2003, ISBN 3-8274-1352-4.

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Zellorganell]]

Lysosom - Versionsgeschichte

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