Hormonsystem

Grundprinzipien hormonaler Regulation

Wie Hormone gebildet, gespeichert, transportiert und abgebaut werden, über welche Rezeptoren sie wirken und was Gewebshormone auszeichnet.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze6 Punkte
  • Ein Hormon ist ein Botenstoff, der ins Blut abgegeben wird und an entfernten Zielzellen mit passendem Rezeptor wirkt.
  • Bei der negativen Rückkopplung hemmt das Endhormon einer Achse Hypothalamus und Hypophyse.
  • Insulin entsteht aus Präproinsulin durch Abspaltung von Signalpeptid und C-Peptid.
  • Steroidhormone werden nicht vesikulär gespeichert, nicht per \(\ce{Ca^2+}\)-Exozytose freigesetzt und vor allem in der Leber inaktiviert.
  • \(\mathrm{IP_3}\) setzt \(\ce{Ca^2+}\) aus dem ER frei, DAG aktiviert die Proteinkinase C.
  • Histamin und Prostaglandin \(\mathrm{E_2}\) sind Gewebshormone, Thromboxan \(\mathrm{A_2}\) ist als Eicosanoid kein Peptidhormon.

Worum es geht

Hormone steuern Stoffwechsel, Wachstum und Stressreaktion über weite Strecken im Körper. Ihre chemische Natur bestimmt, wie sie gespeichert, transportiert und erkannt werden. Daraus erklärt sich zum Beispiel, warum Cortison als Tablette wirkt, Insulin aber gespritzt werden muss.

Hormone und Regelkreise

Ein Hormon ist ein Botenstoff, den spezialisierte Zellen ins Blut abgeben. Es wirkt an entfernten Zielzellen mit passendem Rezeptor. Klassische Bildungsorte sind endokrine Drüsen, also Drüsen ohne Ausführungsgang.

Chemisch unterscheidet man Peptidhormone wie Insulin, Steroidhormone wie Cortisol und Aminhormone wie Adrenalin oder Thyroxin.

Hormonspiegel hält ein Regelkreis konstant. Bei der negativen Rückkopplung hemmt das Hormon seine eigene weitere Freisetzung. Viele Hormone sind in Achsen geschaltet: Hypothalamus, Hypophysenvorderlappen, periphere Drüse. Das Endhormon bremst beide oberen Ebenen, etwa in der Stressachse.

Schema einer Hormonachse mit Pfeilen von Hypothalamus über Hypophyse zur peripheren Drüse und roten Hemmpfeilen vom Endhormon zurück nach oben

Hierarchische Hormonachse: Das Endhormon hemmt per negativer Rückkopplung die übergeordneten Ebenen.

Bildung, Speicherung, Transport, Abbau

Manche Hormone entstehen als größere Vorstufe, als Präprohormon. Beim Insulin wird zuerst das Signalpeptid abgespalten, es entsteht Proinsulin. Danach fällt das C-Peptid weg. A- und B-Kette bleiben über Disulfidbrücken verbunden.

Schematische Darstellung der Spaltung von Präproinsulin zu Proinsulin und weiter zu Insulin und C-Peptid

Vom Präproinsulin zum Insulin: Signalpeptid und C-Peptid werden nacheinander abgespalten.

Manche Hormone liegen im Blut an Transportproteine gebunden vor, etwa Cortisol an Transcortin. Wirksam ist nur der freie Anteil.

Steroidhormone durchdringen Membranen ungehindert. Zellen können sie daher nicht in Vesikeln speichern. Eine \(\ce{Ca^2+}\)-vermittelte Exozytose wie bei Peptidhormonen gibt es nicht. Steroide werden bei Bedarf neu gebildet und sofort abgegeben. Abgebaut und inaktiviert werden sie hauptsächlich in der Leber.

Rezeptoren und Second Messenger

Hydrophile Hormone wie Peptide und Catecholamine passieren die Membran nicht. Sie binden an einen Membranrezeptor auf der Zelloberfläche. Steroide wirken dagegen über intrazelluläre Rezeptoren, die die Genexpression steuern.

Membranrezeptoren leiten das Signal über Second Messenger weiter. Die Phospholipase C spaltet \(\mathrm{PIP_2}\). Wasserlösliches \(\mathrm{IP_3}\) setzt am ER \(\ce{Ca^2+}\) frei. DAG bleibt in der Membran und aktiviert die Proteinkinase C. cAMP und cGMP entstehen dagegen durch Cyclasen.

Zellschema mit Membranrezeptor, Phospholipase C, IP3 auf dem Weg zum endoplasmatischen Retikulum und DAG in der Membran

\(\mathrm{IP_3}\) setzt Calcium aus dem ER frei, DAG aktiviert in der Membran die Proteinkinase C.

Gewebshormone

Gewebshormone stammen nicht aus Drüsen, sondern aus verstreuten Zellen vieler Gewebe. Sie wirken vor allem lokal auf Nachbarzellen. Zu ihnen zählen Histamin und Prostaglandin \(\mathrm{E_2}\).

Histamin ist ein biogenes Amin aus Histidin, freigesetzt vor allem von Mastzellen. Prostaglandine und Thromboxane sind Eicosanoide. Sie entstehen über die Cyclooxygenase aus Arachidonsäure, einer C20-Fettsäure. ASS und NSAR hemmen diesen Schritt.

Reaktionsschema der Arachidonsäurekaskade mit Phospholipase A2, Cyclooxygenase, PGH2 und den Produkten PGE2 und Thromboxan A2

Prostaglandin \(\mathrm{E_2}\) und Thromboxan \(\mathrm{A_2}\) entstehen über die Cyclooxygenase aus Arachidonsäure.
⚠️ Achtung: Eicosanoide sind Lipide

Thromboxan \(\mathrm{A_2}\) ist ein Fettsäurederivat und deshalb kein Peptidhormon.

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Aussage 1

Steroidhormone werden in sekretorischen Vesikeln gespeichert und nach \(\ce{Ca^2+}\)-Einstrom per Exozytose freigesetzt.

Steroide sind membrangängig und lassen sich nicht in Vesikeln speichern. Sie werden bei Bedarf neu gebildet und direkt abgegeben.

Aussage 2

\(\mathrm{IP_3}\) bewirkt die Freisetzung von \(\ce{Ca^2+}\) aus dem endoplasmatischen Retikulum.

Das wasserlösliche \(\mathrm{IP_3}\) öffnet am ER Calciumkanäle. DAG dagegen bleibt in der Membran und aktiviert die Proteinkinase C.

Aussage 3

Histamin und Prostaglandin \(\mathrm{E_2}\) werden zu den Gewebshormonen gezählt.

Beide werden in verstreuten Zellen vieler Gewebe gebildet und wirken vorwiegend lokal.

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