Endozytose und Lysosomenbildung

Eine der Hauptfunktionen der Lysosomen ist die Verdauung von Material, das von außerhalb der Zelle durch Endozytose aufgenommen wird, was in Kapitel 12 ausführlich behandelt wird. Die Rolle der Lysosomen bei der Verdauung von Material, das durch Endozytose aufgenommen wird, bezieht sich jedoch nicht nur auf die Funktion der Lysosomen, sondern auch auf ihre Bildung. Insbesondere werden Lysosomen durch die Fusion von Transportvesikeln, die aus dem trans-Golgi-Netzwerk hervorgehen, mit Endosomen gebildet, die Moleküle enthalten, die durch Endozytose an der Plasmamembran aufgenommen werden.

Die Bildung von Lysosomen stellt somit eine Schnittstelle zwischen dem sekretorischen Weg, auf dem lysosomale Proteine verarbeitet werden, und dem endozytischen Weg dar, auf dem extrazelluläre Moleküle an der Zelloberfläche aufgenommen werden (Abbildung 9.36). Material von außerhalb der Zelle wird in Clathrin-beschichtete endozytische Vesikel aufgenommen, die aus der Plasmamembran austreten und dann mit frühen Endosomen verschmelzen. Membrankomponenten werden dann zur Plasmamembran zurückgeführt (ausführlich in Kapitel 12), und die frühen Endosomen reifen allmählich zu späten Endosomen heran, die die Vorläufer der Lysosomen sind. Eine der wichtigsten Veränderungen während der Endosomenreifung ist die Absenkung des internen pH-Wertes auf etwa 5,5, die eine Schlüsselrolle bei der Abgabe von lysosomalen Säurehydrolasen aus dem trans-Golgi-Netzwerk spielt.

Abbildung 9.36

Endozytose und Lysosomenbildung. Moleküle werden von außerhalb der Zelle in endozytische Vesikel aufgenommen, die mit frühen Endosomen verschmelzen. Die Membrankomponenten werden recycelt, wenn die frühen Endosomen zu späten Endosomen heranreifen. Transportvesikel, die Säure (mehr…)

Wie bereits erwähnt, werden Säurehydrolasen durch Mannose-6-Phosphat-Reste zu Lysosomen gelenkt, die von Mannose-6-Phosphat-Rezeptoren im trans-Golgi-Netzwerk erkannt und in Clathrin-beschichtete Vesikel verpackt werden. Nach dem Entfernen der Clathrin-Hülle verschmelzen diese Transportvesikel mit späten Endosomen, und der saure interne pH-Wert bewirkt, dass die Hydrolasen vom Mannose-6-Phosphat-Rezeptor dissoziieren (siehe Abbildung 9.36). Die Hydrolasen werden so in das Lumen des Endosoms freigesetzt, während die Rezeptoren in der Membran verbleiben und schließlich in den Golgi zurückgeführt werden. Späte Endosomen reifen dann zu Lysosomen heran, indem sie ein vollständiges Komplement an sauren Hydrolasen erwerben, die die ursprünglich durch Endozytose aufgenommenen Moleküle verdauen.