Exozytose

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

Letzte Aktualisierung am: 10. März 2024

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 zum Zellkern liegt und für die Anpassung der Proteine verantwortlich ist) schnürt sich mit den Abfallstoffen gefüllten Vesikeln ab. Das sind die Exosomen. Diese verhindern ein Aufeinandertreffen zwischen den Abfallstoffen und dem Cytoplasma (Zellplasma).

Dies zu verhindert ist besonders bedeutend, da nicht mehr benötige Nebenprodukte beim Zusammentreffen mit Zellorganellen Schaden anrichten könnten. Trifft das Exosom 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 der 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 ein Hormon. Es befindet sich an einem 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 kaliumabhängiger Kanäle.

Die Insulinausschüttung wird aktiviert, indem Kalciumionen 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 von 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 den Harnleiter 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 den elektrischen Nervenimpuls 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 die vererbte Stoffwechselerkrankung Mukoviszidose ist eine Ursache einer nicht richtig ablaufenden Exozytose. Die betroffenen Zellen können nicht in das umliegende Gewebe vordringen. Dadurch wird das Bronchialsekret, das Sekret der Bauchspeicheldrüse, der Galle und der inneren Geschlechtsorgane zähflüssig und in den betroffenen Organen kommt es zu Funktionsstörungen.

Generell verlassen die Viren die Wirtszelle durch die Exozytose und befallen daher fremde 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 unabsehbarere Zeit verändern können, ist die Entwicklung eines Impfstoffes sehr schwer.

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

Quellen

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