Cytologie

Exozytose

Was ist Exozytose, welche Formen davon gibt es und wo kommt Exozytose überall vor? Alle Antworten darauf findest du in diesem Beitrag. 

Schaue dir gerne unser kompaktes Video zu dem Thema an, um Exozytose noch schneller zu verstehen. 

Inhaltsübersicht

Exozytose einfach erklärt 

Die Exozytose (Exocytose) (griechisch: exo = „außen“) beschreibt einen Vorgang, bei dem ein membranumhülltes Bläschen (=Vesikel ) aus dem Zellinneren mit der Plasmamembran verschmilzt und seine Inhaltsstoffe nach außen abgibt.

Die Exozytose dient dazu, Abfall- und Nebenprodukte von Stoffwechselvorgängen aus der Zelle zu schleusen. Außerdem können die Zellen über Exozytose auch nützliche Stoffe nach außen abgeben. Das können zum Beispiel Neurotransmitter oder Hormone sein, die eine reibungslose Kommunikation zwischen mehreren Zellen ermöglichen. 

Prinzipiell kannst du zwischen einer konstitutiven und einer stimulierten Exozytose unterscheiden. Bei der stimulierten Exozytose ist ein Reiz (z.B. Hormon) für die Ausschüttung der Substanzen verantwortlich, was bei der konstitutiven Exozytose nicht das Fall ist. Sie erfolgt ohne äußere Aktivierung und sorgt zum Beispiel dafür, dass die Biomembranen erweitert werden können. 

Die Exozytose steht im Gegensatz zu der Endozytose , die eine Aufnahme von Vesikeln in das Zellinnere beschreibt.

Definition

Exozytose (engl. exocytosis) ist ein Transportvorgang, bei dem feste oder flüssige Stoffe vom Zellinnenraum (=Intrazellularraum) aus der Zelle (=Extrazellularraum) geschleust werden. Die Stoffe sind in Vesikel gepackt, die meist der Golgi-Apparat freisetzt. 

Was ist Exozytose? 

Da unsere Zellmembranen nur selektiv kleine oder unpolare Moleküle per Diffusion durchlassen, können große Moleküle wie lange Kohlenhydratketten oder Proteine die Membranen nicht passieren. Deshalb erfolgt eine Verpackung dieser Stoffe in Vesikel und ein Ausschleusen per Exozytose aus den Zellen. 

Golgi Apparat

Bei vielen Stoffwechselvorgängen der Zelle fallen Abfall- oder Nebenprodukte an, die nicht unbegrenzt im Zellinneren gelagert werden können. Um diese Stoffe loszuwerden, gibt der Golgi-Apparat (= „Koordinator der Exozytose“) kleine membranumhüllte Bläschen (Vesikel), in denen diese Abfallstoffe eingelagert vorliegen, ab.

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Du kannst die Vesikel in diesem Fall auch als Exosomen bezeichnen. Dadurch können die schädlichen Stoffe nicht mehr mit anderen Zellbestandteilen in Wechselwirkung treten. Sie können nun selektiv über Exozytose aus der Zelle  in den Extrazellulärraum abgegeben werden. Ziemlich nützlich! 

Die Vesikel wandern vom Golgi-Apparat in Richtung Zellmembran, wo die Vesikelmembran schließlich mit der Plasmamembran der Zelle fusioniert. Durch diese Fusion entsteht eine Öffnung zur Zellaußenseite. Die Öffnung setzt nun den Vesikelinhalt an die Umgebung frei. Die Vesikelmembran, die auch aus einer Doppelschicht aus Phospholipiden  aufgebaut ist, kann sich dann vollständig in die Plasmamembran integrieren. 

Exozytose Sekretion

Die Exocytose ist aber auch wichtig bei der Abgabe (Sekretion) von zahlreichen Substanzen. Ein Beispiel stellen hier die Verdauungsenzyme aus der Bauchspeicheldrüse oder die Neurotransmitter aus Nervenzellen dar. Letztere überbringen (lat. transmittere) die Informationen von Nervenzelle zu Nervenzelle, um zum Beispiel deinen Muskeln den Befehl zu erteilen, einen Ball zu fangen.

Phagozytose

Die Exozytose kann auch als letzter Schritt der Phagozytose („zelluläres Fressen“) stattfinden. Unter Phagozytose kannst du die Aufnahme von festen Partikeln oder ganzen Zellen über die Zellmembran verstehen. Nachdem diese Partikel verdaut wurden, kann das unverdaute Material über die Exocytose wieder aus der Zelle herausgeschleust werden. Das ist zum Beispiel bei Einzellern%Verweis wie der Amöbe%Verweis der Fall, deren Verdauungssystem aus Endozytose und Exozytose besteht. 

 

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Formen der Exozytose

Grundsätzlich kannst du zwischen zwei Formen der Exozytose unterscheiden: der konstitutiven und der stimulierten Exocytose. 

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Konstitutive Exozytose 

Bei der konstitutiven Exozytose werden per Vesikeltransport Membranproteine in die Biomembran eingebaut. Diese kann dadurch erweitert bzw. erneuert werden. Außerdem geben Vesikel auch Proteine an den Extrazellulärraum ab. Diese sorgen besonders bei den Zellen des Binde- und Stützgewebes  wie den Fibroblasten für Stabilität und Halt.

Die konstitutive Exocytose erfolgt spontan ohne äußere Aktivierung; sie ist also unabhängig von äußeren Reizen.  Allerdings benötigt der Vesikeltransport Energie in Form von GTP.  

Stimulierte Exozytose

Bei der stimulierten Exozytose ist hingegen ein spezieller Reiz erforderlich, um die Abgabe der Vesikel (=Exosom) über die Zellmembran zu veranlassen. In den meisten Fällen ist dieser Reiz ein Hormon, das an einen Rezeptor auf der Zellmembran bindet. Der Rezeptor und das Hormon passen zusammen wie ein Schlüssel in ein Schloss. Das setzt einen Signalweg in Gang, der dazu führt, dass das Vesikel mit der Zellmembran verschmilzt. 

Im Rahmen dieses Signalwegs kommt es zu einem Einstrom an Kalzium-Ionen (Ca2+). Das führt zu einer Änderung der Ionenkonzentrationen innerhalb der Zelle, die dann die Fusion der Exosome mit der Plasmamembran veranlasst.  Dadurch können zum Beispiel kontrolliert Hormone ins Blut abgegeben werden oder auch Verdauungssekrete zur Verdauung unserer Nahrung. Da wir manche Hormone oder auch die Verdauungsenzyme nicht ständig in hohen Konzentrationen im Körper benötigen, ist es wichtig, dass hier ein Kontrollmechanismus wirkt. 

Beispiele Stimulierte Exozytose

Ein konkretes Beispiel hierfür ist das Hormon Insulin, das aus den Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) per Exocytose ausgeschüttet wird, wenn viel Zucker (Glucose) in unserem Blut zu finden ist. Das ist der Fall, wenn wir etwas Kohlenhydrathaltiges essen, wie etwa Brot oder Nudeln. Um den Blutzuckerspiegel wieder zu senken und für Regulation zu sorgen, schütten die Zellen dann Insulin aus . 

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Ein weiteres Beispiel ist die Kommunikation zwischen Nervenzellen. Wenn ein elektrischer Impuls das Ende einer Nervenzelle erreicht, werden Vesikel mit Neurotransmittern (z.B. Adrenalin oder Acetylcholin) über die Membran (=präsynaptische Membran) abgegeben. Die Neurotransmitter können dann an Kanäle der Membranen von nachgeschalteten Nervenzellen (=postsynaptische Membran) andocken und dadurch für die Weitergabe der Information sorgen. Diese Informationen können zum Beispiel bewirken, dass deine Reflexe funktionieren oder du beim Sport einen Ball fängst. 

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Doch was passiert eigentlich mit den leeren Vesikeln? Da hat unser Körper ein Recycling-System entwickelt.  Das leere Vesikel wird ins Zellinnere zurück transportiert und dort wieder mit Inhalt aufgefüllt. Clever oder?

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