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Hormone

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Einführung

Zellen sind in der Lage, äußere Reize aufzunehmen und darauf zu reagieren. Dabei werden diese Reize umgewandelt, in das Zellinnere weitergeleitet und über eine Kette von Ereignissen wird schließlich ein Effekt hervorgerufen. Für die spezifische Kommunikation werden Hormone genutzt, biochemische Botenstoffe, die von spezialisierten Zellen gebildet werden und die z. B. Stoffwechselvorgänge im Körper regulieren können. Sie sind als Botenstoffe nicht die Nachricht selbst, sondern der Nachrichtenüberbringer.

Der Weg von der Drüse zu der Zelle

Hormone werden in den Zellen gebildet die, man „endokrine Drüsen“ nennt und die zusammen das Hormonsystem oder auch „endokrine System“ bilden (s. Abb. 1). Diese Drüsen geben die Hormone, die als extrazelluläre (= außerhalb der Zelle) Signalstoffe gelten, direkt in das Blut- und Lymphsystem ab. Wenn sie an ihren Zielzellen ankommen, werden sie von deren hormonspezifischen Rezeptorproteinen aufgenommen, also Rezeptoren die speziell nur Hormone binden. Dort lösen sie eine intrazelluläre (= innerhalb der Zelle) Antwort aus, die von Zelle zu Zelle unterschiedlich sein kann.
Abb. 1: Endokrine Drüsen
Abb. 1: Endokrine Drüsen

Hormonarten und Wirkungsweisen

Hormone unterteilt man bei Wirbeltieren in zwei Gruppen, die Peptidhormone, mit der Untergruppe Aminosäurederivate und die Steroidhormone.

Peptidhormone

Abb. 2: Zelluläre Wirkungsweise von Peptidhormonen
Abb. 2: Zelluläre Wirkungsweise von Peptidhormonen
Zu den Peptidhormonen zählen z.B Insulin, Glucagon, Somatropin, Parathormon und Calctionin. Sie sind relativ groß, meist negativ geladen, lipidunlöslich und können somit die Zellmembran nicht durchdringen, weshalb sie an einem Rezeptor an der Außenseite der Zellmembran andocken. Ihre Nachricht wird dann indirekt vermittelt, d. h. es wird ein für jedes System spezifischer Mechanismus ausgelöst. Dabei wird ein weiteres Biomolekül in der Zelle freigesetzt oder gebildet, der second messenger. Zu den bekanntesten sekundäre Botenstoffen gehören das cyclische Adenosinmonophosphat (cAMP), das cyclische Guanosinmonophosphat (cGMP), aber auch Ca2+-Ionen, Zuckerphosphate und Fette. Meist wird durch diese Stoffe eine weitere Signalkette hervorgerufen, oft als Kaskade mit Verstärkungseffekten. In Abbilding 2 siehst als Beispiel die Kaskade mit cAMP: Das Hormon, das in der Blutbahn fließt, dockt spezifisch an dem Rezeptor der Zelle an und bildet mit diesem einen Hormon-Rezeptor-Komplex. Dieser Komplex aktiviert das an der Membraninnenseite liegende Enzym Adenylatcyclase, wodurch das der second messenger cAMP gebildet wird. Anschließend aktiviert cAMP andere Enzyme in der Zelle, welche dann die eigentliche Hormonwirkung auslösen.
Genauso gilt dies für die Untergruppe der Peptidhormone, die Aminosäurederivate Melatonin, Adrenalin und Noradrenalin, mit Ausnahme von Thyroxin.

Steroidhormone

Steroidhormone können durch die Zellmembran diffundieren und an intrazellulären Rezeptoren andocken, also Rezeptoren, die in der Zelle liegen. Sie haben eine direkte Hormonwirkung, bei der das Hormon z. B. vom Rezeptorprotein zum Zellkern transportiert wird. Dort kann es dann durch den Hormon-Rezeptor-Komplex zu einer Genaktivierung oder -blockierung kommen, wodurch bestimmte Enzyme gebildet werden oder die Bildung verhindert wird.Zu ihnen zählen die Nebennierenrinden- und Geschlechtshormone wie Testosteron, Östrogen, Cortisol und Aldostreon.
Alle Hormonarten werden schließlich durch Enzyme oder den Rezeptor selbst gespalten bzw. modifiziert. Dadurch geht seine spezifische Wirkung verloren und die Zelle ist wieder offen für weitere Nachrichten von neuen Hormon der jeweiligen Art.

Hormonelle Regulation

Abb. 3: Regelkreisschema
Abb. 3: Regelkreisschema
Reguliert werden Hormone durch Regelkreise, um ein stabiles inneres Milieu in einem Gleichgewichtszustand, der Homöostase, zu erzeugen. Ein Schema für einen Regelkreis siehst du in Abbildung 3. Dabei sind die spezifische Wirkung z. B. die Änderung des pH-Wertes des Blutes, der Körpertemperatur, der Ionen- und Nährstoffkonzentrationen. Die meisten Hormondrüsen werden über eine hierarchische Befehlskette mit drei Stufen kontrolliert, das Hormonsystem hat einen hierarchischen Aufbau. Das Zwischenhirn (Hypothalamus) ist der Hypophyse (= Steuer-Hormondrüse des Körpers) übergeordnet, d. h. die Hypophyse wird von dem Hypothalamus über Freisetzungshormone (= Releasing-Hormone) gesteuert. Die Hypophyse wiederum regt die Hormondrüsen durch Steuerhormone an. Erst die Hormondrüse produziert das Hormon, welches in den Zielzellen die gewünschte physiologische Wirkung auslöst. Die Freisetzung der meisten Hormone und damit auch die Menge an Hormonen wird durch Rückkopplungen geregelt.
Wenn die Konzentration des jeweiligen Hormons z. B. zu hoch ist, wird die seine Produktion durch das Hormon selbst abgeschaltet, indem es selbst die Ausschüttung der Freisetzungshormone bzw. der Steuerhormone hemmt (= negative Rückkopplung). Du kannst dir merken: Je mehr des jeweiligen Hormons schon in der Blutbahn ist, desto weniger Freisetzungshormone werden vom Hypothalamus an die Hypophyse geschickt und desto weniger Steuerhormone erhält die Hormondrüse. Es werden weniger Hormone von der Hormondrüse freigesetzt. Wenn die Hormonkonzentration zu gering ist, dann wird die eigene Produktion durch das Hormon gefördert, indem es die Ausschüttung von Freisetzungshormone bzw. Steuerhormon anregt (= positive Rückkopplung). In diesem Fall heißt das, je weniger des jeweiligen Hormons in der Blutbahn ist, desto mehr Freisetzungshormone werden vom Hypothalamus an die Hypophyse geschickt und desto mehr Steuerhormone erhält die Hormondrüse. Es werden also mehr Hormone von der Hormondrüse „freigesetzt".

Beispiel 1: Regulierung des Blutzuckerspiegels

Der Blutzuckerspiegel wird durch das Wechselspiel zweier Peptidhormone der Bauchspeicheldrüse (= Pankreas) reguliert, Insulin und Glucagon, was in Abbildung 4 verdeutlicht ist. Bei Anstieg des Zuckerspiegels (= man hat etwas Kohlenhydrathaltiges gegessen, z.B. Zucker) im Blut wird Insulin ausgeschieden. Besonders wichtig ist hier die indirekte Aktivierung des Enzyms Glykogensynthase (GYS), das den Glucose-Überschuss zum Aufbau des Energiespeichers Glykogen nutzt. Durch dieses wird Glucose aus dem Blut in die Zellen von Muskeln und Leber aufgenommen, um als Energiereserven in Form von Glykogen (= „tierische Stärke“) und Fettspeicher angelegt zu werden.
Bei Abfall des Blutzuckerspiegels (= man bekommt Hunger) wird Glucagon ausgeschüttet. Dieses Hormon aktiviert in der Leber das Enzym Glycogenphosphorylase (PYG), welches den Abbau von Glykogen zu Glucose einleitet, also werden die Energiespeicher in den Zielgeweben abgebaut.
Somit wird der Blutzuckerspiegel, welcher sich durch Nahrungsaufnahme oder verstärkten Glucoseverbrauch bei Anstrengung kontinuierlich ändert, durch diese Hormone beeinflusst. Diese Regelung ist deshalb notwendig, da zu geringe Werte an Glucose im Blut zu einem hypoglykämischen Schock (= Unterzuckerung) führen können, wodurch man bei Nichtbehandlung sterben kann. Hat man ständig einen zu hohen Wert, ist das ein Anzeichen für die Krankheit Diabetes, d.h. das Insulin ist nicht oder nicht in ausreichender Menge vorhanden, was genetische Gründe, aber auch Ursachen wie Übergewicht haben kann.

Beispiel 2: Schilddrüse

Abb. 5: Regulation der Schilddrüse
Abb. 5: Regulation der Schilddrüse
Das führt unter anderem zu einer Steigerung der Wärmeabgabe der Zellen und zu einer Steigerung der Körpertemperatur. T4 und T3 erreichen mit dem Blut auch den Hypothalamus und erhöhen dort ebenfalls den Hormonspiegel. Dadurch wird schließlich die Ausschüttung von TRH und TSH gemindert, dies entspricht einer negativen Rückkopplung.
Mit diesem Regelkreis, der in Abbildung 5 zu sehen ist, kann der Körper durch Anpassung des Stoffwechsels auf Veränderungen der Umwelt reagieren. So kann der Körper, wie in diesem Beispiel zu sehen, seine Temperatur auch bei starker Kälte konstant in der Nähe seines Sollwerts von 37°C halten.
Bildnachweise [nach oben]
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