Wirkung von Hormonen

4.1.3 Grundprinzipien
der hormonellen Informationsübertragung
4.1.3.1 Wirkung
von Hormonen

Hormone wirken am Zielort an ganz bestimmten Zellen,
den sogenannten Zielzellen, die spezifische
Rezeptorstrukturen besitzen. Diese Rezeptoren
“erkennen” die Hormone, wobei das Hormon der Schlüssel
und die Zielzelle das Schloß ist.

_hormon0

Die Wirkung erfolgt also über das “Schlüssel-Schloß-Prinzip“,
das wir schon bei den Enzymen kennengelernt haben. Demzufolge gibt es
natürlich auch hormonähnliche Substanzen, die das Schloß
oder den Schlüssel blockieren können.

Man nennt die Wirkung der Hormone an und in den Zielzellen
Primärwirkung der Hormone.

Es sind 2 Typen von Rezeptoren
bekannt, beides sind Proteine:

  • Membranrezeptoren
    (erkennen Katecholamin-, Polypeptid-,
    Glycoproteinhormone) und
  • intrazelluläre Rezeptoren
    ( erkennen Steroid-, Thyreoidea-Hormone).

Die hydrophilen
Hormone
(Peptidhormone, Proteine, Katecholamine) können die
Zellmembran nicht passieren und nur über einen Membranrezeptor
mit der Zelle Kontakt aufnehmen (siehe Bild oben links). Sie benötigen
einen 2. Boten (meist cAMP) in der Zelle, um Reaktionen zu bewirken.
Insulin wirkt nicht über cAMP. (siehe später)

Nachfolgend sollen zwei wichtige Primärwirkungen
besprochen werden.

Primärwirkung bei wasserlöslichen
Hormonen
(Peptid-Proteinhormone)

Oxytocin, ADH , Glucagon, Calzitonin, PTH , FSH, Corticotropin,
Noradrenalin, TSH, Adrenalin.

Bei den meisten wasserlöslichen Hormonen (Aminosäurederivat-Peptid-
und Proteinhormone) sitzt der Hormonrezeptor in der Zellmembran (7-Helix-Rezeptor).
Das Hormon bindet an den Rezeptor, dies löst verschiedene Prozesse
an der Innenseite der Zellmembran aus und führt zur Bildung
von
cAMP
(= cyclo-AMP), das verschiedene andere Stoffwechselreaktionen in Gang
setzt. Die Vorgänge sind nachfolgend dargestellt:

_first_2

Dabei stellt das Hormon den ersten Boten (“first
messenger”) dar, cAMP den “second
messenger”.

_first_3

cAMP aktiviert Proteinkinasen, die ihrerseits Enzyme
durch Phosphorylierung aktivieren.

Dies führt zur Aktivierung des Transcriptions Faktors
CREB (cAMP
response element
binding protein), der sich an bestimmte
Bereiche der DNA anlagert und Gene aktiviert.

_first_4

Neben dem “Second Messenger” cAMP gibt es noch
einen anderen intrazellulären Botenstoff: IP3 = Inositol
Triphosphat
, das zusammen mit Ca2+ und Calmudolin zelluläre
Enzymaktivitäten reguliert.

Primärwirkung bei lipophilen Hormonen (Steroide)

Sexualhormone, Cortisol, T4/T3
usw.

Die lipophilen
Hormone
(Steroide und T4/T3) diffundieren
problemlos durch die Zellmembran und nehmen mit einem
intrazellulären
Rezeptorprotein
im Kern Kontakt auf.

Dieser Komplex aktiviert
an der DNA
Gene zur Herstellung bestimmter
Enzyme
.

psteroid

Rechts ist ein Bindung des Östrogenrezeptor-Komplexes
(Dimer) an die DNA in einer Gif-Animation abgebildet.

binding

Dabei wird die DNA teilweise entwunden und geknickt.

Hormone als Teil von Regulationsmechanismen

Die Hormone sind Teil der Regulationsmechanismen zur
Steuerung von Organfunktionen und physikalischen und chemischen Körpersituationen.
Solche zu regelnden Größen oder Situationen sind z. B. die
Temperatur, der Bluzuckerspiegel oder die Ca2+-Konzentration
im Blut, weiterhin z. B. der Tag/Nacht-Rhythmus.

An der Regelung sind mehrere Elemente
beteiligt, die sich gegenseitig steuern. Ein solches System haben wir
schon im Nervensystem kennengelernt, z. B. der Kniesehnenreflex.

Betrachten wir die Hierarchie der Hormondrüsen
und die Produktion der Androgene (männliche
Sexualhormone). Der Hypothalamus
produziert das Gonadoliberin (GnRH)
für das die Hypophyse Rezeptoren
hat, die darauf FSH und
LH ins Blut ausschüttet. Diese
finden in den Hoden ihre Zielzellen,
worauf dort die Leydigschen Zellen Testosteron
bilden.

Testosteron bewirkt im männlichen
Organismus Ausbildung und Erhaltung der sekundären männlichen
Geschlechtsmerkmale:

z. B. Behaarung, Stimme und Ausbildung der Milchdrüsen,
Unterschiede in der Körpergröße, im Knochenbau, in der
Herz- und Atemtätigkeit usw.

Testosteron seinerseits
wirkt jedoch inhibierend auf die
GnRH-Produktion im Hypothalamus und die FSH/LH-Produktion in der Hypophyse.
Die beiden Organe müssen also Testosteronrezeptoren besitzen. Es
hemmt demnach seine eigene Produktion; wird viel Hormon gebildet wird
seine Produktion stark gehemmt, wird wenig produziert, ist die Hemmung
nur gering. Man nennt diese Wirkung von Testosteron negative
Rückkopplung.
(feedback inhibition) So entsteht ein sich selbst
regulierendes System. Fast alle Hormone sind an einem System mit negativer
Rückkopplung beteiligt.

Hier einige Beispiele: Regulation der Na+-Konzentration
an Muskelzellen und Nierenzellen
durch Aldosteron, Insulin, Angiotensin
und Katecholamine
.

hwi1

bdreg

migrain

In der Technik sind solche Systeme schon länger
bekannt. Man stellt die Zusammenhänge dort als Regelkreise
dar. Für biologische Regelprozesse verwendet man in abgewandelter
Form den biologischen Regelkreis (siehe unten).

Regelkreise

Betrachten wir als Beispiel die Temperaturregelung
und die Darstellung im
Regelkreis
mit den beteiligten Regelkreiselementen.

_regelkr

Die zu regelnde Größe ist die Raumtemperatur
(= Regelgröße). Diese wird durch
Anheizen durch den Ofen eingestellt (= Stellglied).
Wie stark der Ofen anheizen soll (= Stellgröße),
wird ihm durch den Thermostaten (= Regler)
mitgeteilt. Der Thermostat erhält laufend die aktuelle Temperaturinformation
(= Istwert) vom Thermometer (= Fühler).
Der Thermostat kann auf unterschiedliche Regeltemperaturen (= Sollwert)
eingestellt werden (= Führungsgröße).
Die konstantzuhaltende Temperatur wird z. B. durch Türöffnen
verändert (= Störgröße).
Das zu regelnde System ( in diesem Fall der Raum) wird Regelstrecke
genannt.

Der obige Regelkreis besitzt ebenfalls negative
Rückkopplung
, je höher die Temperatur wird, desto weniger
wird geheizt und umgekehrt. Die meisten Regelprozesse
im menschlichen Körper funktionieren nach dem gleichen Prinzip.

rkb1

Die Istwerte werden mit Hilfe von Rezeptoren
gemessen. Der Regler für die meisten physiologischen Vorgänge
befindet sich im Zentralnervensystem, insbesondere im Hypothalamus,
obwohl es auch einige Regelvorgänge gibt, die nicht vom Zentralnervensystem
gesteuert werden. Als Führungsgröße
wirken oft Großhirnzentren.
Die Steuersignale (= Stellgröße) des Regelzentrums werden über
Nervenimpulse oder Hormone übertragen.
Die Stellglieder, die aufgrund der Steuersignale ihre Aktivität verändern,
können sehr unterschiedlich sein.

Grundsätzlich gibt es im menschlichen Körper
vier verschiedene Arten von Veränderungsmöglichkeiten:

  • Die Durchlässigkeit der Zellwände kann verändert
    werden, z. B. wird bei der Regelung des Blutzuckergehaltes über
    die Insulinfreisetzung die Membrandurchlässigkeit für Glucose
    verändert.
  • Die Muskelaktivität kann verändert werden,
    z. B. schlägt das Herz schneller, wenn der Blutdruck sinkt.
  • Die Stoffwechselaktivität kann verändert
    werden.
  • Die Aktivität von Drüsen kann verändert
    werden, z.B. wird vermehrt das Hormon Adrenalin bei Streß ausgeschüttet.

Für die Regelung des Thyroxinspiegels und des Blutzuckerspiegels
im Blut finden Sie in den nächsten Kapitel die biologischen Regelkreise.

 

 


Abb. 9
 

Schloß-Schlüssel-Prinzip
bei Hormonen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 10
 

c-AMP

 


camp

 

 


Abb. 11
 

Primärwirkung
wasserlöslicher Hormone 1 -3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 12
 

Primärwirkung
fettlöslicher Hormone

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 13
 

Primärwirkung
des Östrogenrezeptors an der DNA

 

 

 

 

 

 


Abb. 14
 

Testosteronregelung

 


_hypo_fd

 

 


Abb. 15
 

hormonelle
Regelung der Na+-Konzentration an Muskel- und Nierenzellen

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 16
 

hormonelle
Regelung des Bludrucks

 

 

 


Abb. 17
 

hormonelle
Regelung der HCl-Produktion im Magen

 

gastrink

Bitte anklicken zum Vergrößeren

 

 

 


Abb. 18
 

Entstehung
von Migräne durch das Neurohormon Serotonin

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 19
 

technischer
Regelkreis

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 20
 

biologischer
Regelkreis

 

 
 

 

 

 

Weiterführende
Quellen:
Hormonehttp://web.indstate.edu/thcme/mwking/hormone-table.html
http://www.innerbody.com/image/endoov.html
http://www.endocrineweb.com/
http://www.univ-st-etienne.fr/lbti/Mednucl/AtlasEnd/aindex.htm
Hormonsystemhttp://www.medizinfo.com/annasusanna/hormsyst.htm
Störungen des
Hormonsystems
http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/endocrinesystemhormones.html
Hypophyse/Hormonsystemhttp://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookTOC.html
Biologischer Regelkreishttp://i115srv.vu-wien.ac.at/physik/ws95/w9550dir/w9553000.htm
Hat dir dieser Artikel geholfen?

Comments on this entry are closed.