Exozytose

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 1. September 2026

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Exozytose ist der Vorgang der Abgabe von Stoffen aus dem Inneren der Zelle nach außen. Dieser komplexe Prozess läuft in mehreren Schritten ab. Unterschieden werden die konstitutive Exozytose und die stimulierte Exozytose.

Was ist die Exozytose?

Exozytose ist der Vorgang der Abgabe von Stoffen aus dem Inneren der Zelle nach außen. Abbildung zeigt Zellinneres mit Bestandteilen.

Das Ausschleusen von Stoffen aus der Zelle wird als Exozytose definiert. Der Vorgang verläuft sehr schnell und kompakt. Stoffe werden aus dem Intrazellularraum, also vom Inneren der Zelle, in den Interzellularraum, außerhalb der Zelle, abgegeben. Genau das Gegenteil ist bei der Endozytose der Fall.

Da Nebenprodukte und Abfallprodukte, die bei Stoffwechselvorgängen der Zelle anfallen, nicht dauerhaft im Innenraum der Zelle gelagert werden können, werden diese Produkte entfernt.

Der Golgi-Apparat (Zellorganell, das unmittelbar am Zellkern liegt und für die Anpassung der Proteine verantwortlich ist) schnürt Vesikel ab, in denen die abzugebenden Stoffe verpackt sind. Das sind die Sekretvesikel. Auch unbrauchbar gewordene Stoffe können die Zelle auf diesem Weg verlassen; abgebaut werden sie allerdings zuvor in eigenen Organellen, den Lysosomen. Diese verhindern ein Aufeinandertreffen zwischen den Abfallstoffen und dem Cytoplasma (Zellplasma).

Dies zu verhindern ist besonders bedeutend, da nicht mehr benötigte Nebenprodukte beim Zusammentreffen mit Zellorganellen Schaden anrichten könnten. Trifft das Vesikel auf die Zellmembran, verschmilzt es mit dieser und entleert den Inhalt in das Äußere der Zelle.

Funktion & Aufgabe

Unterschieden werden zwei bedeutende Arten der Exozytose: Die konstitutive Exozytose ist der Vorgang, bei dem die Membranproteine in die Zellmembran integriert werden und die Biomembran (Trennschicht zwischen Zellkompartimenten) erneuert oder erweitert wird.

Der Vorgang wird als Biogenese der Zellmembran bezeichnet. Besonders wichtig ist die konstitutive Exozytose bei den Zellen des Stütz- und Bindegewebes, da auch Proteine nach außen abgegeben werden.

Bei der stimulierten Exozytose ist der spezifische Reiz beispielsweise ein Hormon. Es bindet an einen Rezeptor (für bestimmte Reize empfindliches Zielmolekül einer Zelle) auf der Zelloberfläche und löst ein Signal im Inneren der Zelle aus. Dies spielt eine wichtige Rolle bei der Abgabe von Hormonen in das Blut und bei der Abgabe von Verdauungssekreten in den Nahrungsbrei im Verdauungssystem. Ein wichtiges Beispiel für die stimulierte Exozytose ist die Insulinabgabe.

Die Insulinausschüttung ist ein Prozess der Exozytose. Insulin wird in der Bauchspeicheldrüse produziert. Angeregt wird die Ausschüttung durch einen gesteigerten Glucosegehalt und auch durch freie Fettsäuren und Aminosäuren. Die Beta-Zellen bilden vermehrt Adenosintriphosphat und das führt zu einer Blockade ATP-abhängiger Kaliumkanäle.

Die Insulinausschüttung wird aktiviert, indem Calciumionen aus dem Extrazellulärraum in die Beta-Zellen eindringen. Die Insulinvesikel verschmelzen mit der Zellmembran der Beta-Zelle und entleeren sich nach außen. Die Insulinausschüttung hat begonnen. Das Insulin sorgt für einen ausgeglichenen Blutzuckerspiegel. Ist dieser Vorgang gestört, besteht die Gefahr einer Zuckerkrankheit.

Auch ein Teil des Spermas, das aus dem Sekret der Prostata besteht, steht im Zusammenhang mit der Exozytose. Das produzierte Sekret wird durch die Exozytose aus den Zellen bis in die Harnröhre heraustransportiert.

Für die Hormonausschüttung nimmt die Exozytose einen besonderen Stellenwert ein. Der Prozess der Ausschüttung von Hormonen ist analog. Das auslösende Signal ist ein elektrischer Impuls in der freisetzenden Zelle. Das Hormon, wie zum Beispiel Adrenalin, wird nach der Ausschüttung in die Gewebsumgebung in die Blutbahn abgegeben. Es löst, je nach Zielorgan, eine unterschiedliche Reaktion aus.

Neurotransmitter sind neben den Hormonen ebenfalls ein wichtiges Produkt der Exozytose. Sie übertragen das Signal des Nervenimpulses zwischen den Nervenzellen.

Bislang gibt es eine Vielzahl an Neurotransmittern, die sich positiv auf den menschlichen Körper auswirken. Der wohl wichtigste Neurotransmitter des peripheren Nervensystems ist das Acetylcholin. Durch diesen Botenstoff ist die Übertragung von Nervenimpulsen zur Muskulatur möglich. Gerät das System aus dem Lot, können etwa Symptome des Morbus Parkinson durch einen Mangel an Dopamin im Gehirn ausgelöst werden.

Im Gehirn ist Glutamat von wichtiger Bedeutung. Notwendig ist dieser Botenstoff für die Steuerung der Bewegung, zur Sinneswahrnehmung und auch für das Gedächtnis. So ist bei Alzheimer-Patienten die Freisetzung und Aufnahme von Glutamat beeinträchtigt.

Krankheiten & Beschwerden

Auch bei der vererbten Stoffwechselerkrankung Mukoviszidose ist die Abgabe von Stoffen aus den Zellen gestört. Die betroffenen Zellen können nicht genügend Chlorid und Wasser nach außen abgeben. Ursache ist hier allerdings nicht ein Fehler der Exozytose, sondern ein defekter Kanal in der Zellmembran. Dadurch wird das Bronchialsekret, das Sekret der Bauchspeicheldrüse, der Galle und der inneren Geschlechtsorgane zähflüssig und in den betroffenen Organen kommt es zu Funktionsstörungen.

Manche Viren verlassen die Wirtszelle durch die Exozytose und befallen anschließend weitere Zellen. Um die Vermehrung der Viren zu stoppen, werden Virostatika eingenommen. Das sind Medikamente, die die Vermehrung hemmen.

Zur Vorbeugung vieler Krankheiten ist es heute möglich, sich impfen zu lassen. Die Impfung bereitet das Immunsystem auf die Abwehr der Erreger vor. Das Immunsystem erkennt fremde Strukturen und bildet Antikörper.

Bei sehr komplizierten Viren, wie zum Beispiel beim HI-Virus (HIV) oder Hepatitis C, ist das noch nicht möglich. Da Viren sich in kurzer Zeit verändern können, ist die Entwicklung eines Impfstoffes sehr schwer. Eine Hepatitis C lässt sich heute allerdings auch ohne Impfung mit direkt wirkenden antiviralen Medikamenten in den meisten Fällen ausheilen.

Das wachsende Wissen über die Funktionen der Neurotransmitter liefert auch Ansatzpunkte zur Entwicklung wirksamer Medikamente, wie etwa bei einer Depression.

Der Weg des Vesikels

Die Exozytose ist kein einzelner Vorgang, sondern das Ende einer langen Kette von Schritten, die schon tief im Zellinneren beginnt. Eiweißstoffe, die abgegeben werden sollen, entstehen an Ribosomen, die dem endoplasmatischen Retikulum aufsitzen — einem weit verzweigten Membransystem der Zelle. Von dort gelangen sie in kleinen Bläschen zum Golgi-Apparat, wo sie ihre endgültige Gestalt erhalten, etwa durch das Anheften von Zuckerketten. Am Ausgang des Golgi-Apparats werden die fertigen Stoffe sortiert und in eigene Bläschen verpackt, je nachdem, wohin sie gehören.

Diese Bläschen wandern nicht zufällig durch die Zelle. Sie werden entlang eines Gerüsts aus feinen Eiweißfasern befördert, das die Zelle von innen durchzieht und ihr zugleich Form gibt. Motorähnliche Eiweiße bewegen sich an diesen Fasern entlang und ziehen das Bläschen mit sich. Am Ziel angekommen, wird es zunächst lose an die Zellmembran herangeführt und dann fest verankert.

Für die eigentliche Verschmelzung sorgt eine Gruppe von Eiweißen, die man nach ihren englischen Anfangsbuchstaben als SNARE-Proteine bezeichnet. Ein Teil davon sitzt in der Hülle des Bläschens, ein anderer in der Zellmembran. Treffen sie aufeinander, verdrillen sie sich miteinander wie die Litzen eines Seils und ziehen dabei die beiden Membranen so eng zusammen, dass diese verschmelzen. Weil die passenden Partner jeweils nur zueinander finden, ist zugleich sichergestellt, dass ein Bläschen nur dort verschmilzt, wo es hingehört.

Bei der stimulierten Form wartet dieses Seil im vorgespannten Zustand, bis das Signal eintrifft. Als Auslöser dient Calcium: Strömt es in die Zelle ein, wird es von einem Eiweiß in der Bläschenhülle gebunden, das daraufhin seine Form ändert und die letzte Sperre löst. Zwischen dem Signal und der Abgabe des Inhalts vergeht dadurch nur ein Bruchteil einer Sekunde. Für die Aufklärung dieses Zusammenspiels wurde 2013 der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin vergeben.

Vollständige Verschmelzung und „Kiss and run“

Nicht jede Exozytose endet damit, dass die Bläschenhülle vollständig in der Zellmembran aufgeht. Beobachtet wird auch eine sparsamere Variante: Das Bläschen öffnet nur eine kurzlebige Pore zur Außenwelt, gibt einen Teil seines Inhalts ab und löst sich wieder von der Membran, ohne mit ihr zu verschmelzen. Dieser Vorgang wird als „Kiss and run“ bezeichnet — küssen und weglaufen. Sein Vorteil liegt darin, dass das Bläschen erhalten bleibt und rasch erneut befüllt werden kann, was besonders dort zählt, wo in kurzer Folge immer wieder abgegeben werden muss.

Beide Varianten werfen dieselbe Frage auf: Was geschieht mit der Membranfläche? Bei jeder vollständigen Verschmelzung wird die Zellmembran um die Fläche des Bläschens größer. Würde die Zelle nichts dagegen tun, müsste sie bei anhaltender Abgabe immer weiter anschwellen. Sie holt die überschüssige Membran deshalb durch Endozytose wieder ins Innere zurück, wo daraus neue Bläschen entstehen. Exozytose und Endozytose sind also nicht nur Gegenspieler in der Richtung des Transports, sondern halten gemeinsam die Membranbilanz der Zelle im Gleichgewicht.

Exozytose an der Synapse

Am genauesten untersucht ist die Exozytose an der Kontaktstelle zwischen zwei Nervenzellen, der Synapse. Hier liegen die mit Botenstoff gefüllten Bläschen bereits in Bereitschaft dicht an der Membran des Endknöpfchens. Erreicht ein Aktionspotenzial — die elektrische Erregungswelle der Nervenzelle — dieses Ende, öffnen sich spannungsgesteuerte Kanäle, durch die Calcium einströmt. Die bereitliegenden Bläschen verschmelzen daraufhin und entleeren ihren Inhalt in den synaptischen Spalt, den schmalen Zwischenraum zwischen beiden Zellen.

Auf der gegenüberliegenden Seite binden die Botenstoffe an Empfängermoleküle und lösen dort eine Antwort aus. Damit das Signal ein Signal bleibt und nicht in einem Dauerzustand endet, muss der Spalt anschließend rasch wieder geräumt werden. Das geschieht teils durch Enzyme, die den Botenstoff zerlegen, teils dadurch, dass die abgebende Zelle ihn wieder aufnimmt und erneut in Bläschen verpackt. Genau an dieser Wiederaufnahme setzen mehrere Arzneimittelgruppen an, etwa Mittel gegen Depressionen.

Die Bläschen einer Synapse sind dabei nicht alle gleichwertig. Ein kleiner Teil liegt unmittelbar abrufbereit an der Membran, ein größerer bildet einen Nachschub, der bei anhaltender Erregung nachrückt. Wie rasch dieser Nachschub aufgefüllt wird, entscheidet mit darüber, ob eine Synapse bei häufiger Erregung ermüdet oder ihre Übertragung sogar verstärkt. In dieser Feinregelung sehen Forscher eine der Grundlagen dafür, dass Nervenverbindungen sich mit dem Gebrauch verändern können.

Exozytose in Drüsen und Abwehrzellen

Überall dort, wo der Körper Stoffe nach außen oder in einen Hohlraum abgibt, arbeitet die Exozytose. Die Speicheldrüsen geben auf diesem Weg ihr Sekret in die Mundhöhle ab, die Bauchspeicheldrüse ihre Verdauungsenzyme in den Dünndarm, die Schweißdrüsen ihr Sekret auf die Hautoberfläche. Auch die Eiweiße der Muttermilch verlassen die Drüsenzellen der Brust auf diesem Weg. Gemeinsam ist all diesen Zellen ein besonders ausgeprägtes endoplasmatisches Retikulum und ein großer Golgi-Apparat — sichtbarer Ausdruck dessen, dass sie fast nur für die Herstellung und Abgabe von Stoffen da sind.

Ähnliches gilt für Bindegewebszellen: Fibroblasten geben die Vorstufen des Kollagens nach außen ab, wo sich daraus erst außerhalb der Zelle die tragenden Fasern des Gewebes zusammenlagern. Ohne diesen Weg nach außen gäbe es weder feste Haut noch belastbare Sehnen.

Eine besondere Rolle spielt die Exozytose in der Abwehr. Granulozyten, eine Gruppe weißer Blutkörperchen, tragen Bläschen voller keimschädigender Stoffe in sich und schütten diese bei Kontakt mit Eindringlingen aus; dieser Vorgang wird als Degranulation bezeichnet. Bestimmte Zellen des Immunsystems, die auf virusbefallene und entartete Körperzellen angesetzt sind, geben auf demselben Weg Stoffe ab, die in der Zielzelle den geordneten Zelltod auslösen. Andere Abwehrzellen setzen Histamin frei und lösen damit jene Erweiterung der Blutgefäße und Schwellung aus, die bei einer Allergie als Beschwerde spürbar wird. Und auch die Blutplättchen geben bei der Blutgerinnung den Inhalt ihrer Speicherbläschen ab und ziehen damit weitere Blutplättchen an die Wunde.

Abgrenzung zu anderen Transportwegen

Kleine Teilchen können die Zellmembran auch ohne Bläschen überwinden. Fettlösliche Stoffe und Gase treten unmittelbar durch die Membran hindurch; geladene Teilchen wie Natrium, Kalium oder Calcium nutzen Kanäle und Trägermoleküle, die sie hindurchschleusen — teils dem Gefälle folgend, teils unter Energieaufwand dagegen.

Für große Moleküle ist keiner dieser Wege gangbar. Eiweiße sind zu groß und zu wasserliebend, um die fetthaltige Membran zu durchqueren, und es gibt keinen Kanal, der weit genug wäre, ohne die Abdichtung der Zelle preiszugeben. Genau diese Lücke füllt die Exozytose: Sie befördert den Stoff nicht durch die Membran hindurch, sondern umgeht sie, indem sie die Verpackung mit der Hülle verschmelzen lässt. Der Inhalt gelangt dabei nach außen, ohne je mit dem Cytoplasma in Berührung zu kommen.

Von der Exozytose zu unterscheiden ist schließlich die Transzytose: Dabei nimmt eine Zelle einen Stoff auf der einen Seite auf und gibt ihn auf der gegenüberliegenden Seite wieder ab. Sie schleust ihn also durch sich hindurch, statt ihn selbst herzustellen. Auf diesem Weg gelangen etwa Antikörper aus dem Blut in Körperflüssigkeiten, in die sie sonst nicht kämen. Aufnahme und Abgabe sind hier zwei Hälften eines Weges — die Exozytose bildet dessen zweite. Für die Forschung war gerade diese Arbeitsteilung aufschlussreich: Weil sich beide Schritte in denselben Zellen beobachten lassen, ließ sich an ihnen zeigen, dass die Zelle für die Richtung des Transports nicht zwei grundverschiedene Werkzeuge benutzt, sondern dieselben Bausteine in umgekehrter Reihenfolge einsetzt.

Quellen

• Alberts, B., Heald, R., Johnson, A., et al.: Molekularbiologie der Zelle.
  ISBN: 9783527353644

• Rassow, J., Hauser, K., Netzker, R., Deutzmann, R.: Biochemie.
  ISBN: 9783132200135

• Heinrich, P. C., Müller, M., Graeve, L., Koch, H.-G. (Hrsg.): Löffler/Petrides Biochemie und Pathobiochemie.
  ISBN: 9783662602652

• Pschyrembel, W.: Pschyrembel Klinisches Wörterbuch.
  ISBN: 9783111318981

• Munk, K. (Hrsg.): Mikrobiologie.
  ISBN: 9783131448613

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