Lysosom
Lysosomen sind winzige, von einer Membran umschlossene Zellorganellen in Eukaryoten. Die Bläschen werden vom Golgi-Apparat gebildet und enthalten hydrolytische Enzyme und Phosphatasen. Ihre Hauptfunktion besteht darin, aufgenommene Fremdstoffe mittels der in ihnen enthaltenen Enzyme zu verdauen.Die Lysosomen enthalten zur intrazellulären 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 in ihrem Innern 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 lysosomalen 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 ausschließlich N-gekoppelten Oligosacchariden. 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 Mannosereste; das zweite Enzym schneidet den N-Acetylglucosamin-Rest ab, womit die Markierung durchgeführt ist.
Ein Defekt in der Phosphotransferase führt zu einer so genannten 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-Apparat 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.