Vorlesungsinhalt 9. Hormone - Lernplattform Biologiezool33.uni-graz.at/.../CrailsheimModulTierphysiologie4.pdf · Hormon 9. Hormone 9A: Allgemeine Endokrinologie: 1. Einleitung 2

Vorlesungsinhalt:

1. Einleitung

2. Wiederholung „Einführung in die Zoologie“

3. Nahrungsaufnahme

4. Verdauung, Resorption

5. Atmung

6. Verteilungsvorgänge im Körper (Blut)

Vorlesungsinhalt:

7. Osmo- und Ionenregulation

8. Exkretion

9. Hormone

Vorlesungsinhalt

Hormon

9. Hormone

9A: Allgemeine Endokrinologie:1. Einleitung

2. Regelkreise und Homöostase in biologischen Systemen

3. Informationsflußsysteme

4. Einteilung chemischer Botenstoffe und deren Charakterisierung

5. Hormonbildung und Speicherung, Abgabe und Abbau

6. Informationstransfer in Zellen: Rezeptortypen

7. Mechanismen der Hormonwirkung

9. Hormone

9B: Spezielle Endokrinologie8. Aufgaben und Funktion von Vertebraten-Hormon-Drüsen, Gewebshormone

9.1. Einleitung

1. Einleitung







9A: Allgemeine Endokrinologie

9.1.1. Einleitung, Begriffsdefinitionen Hormone, Homöostase

9.1.2. Geschichte der Hormonforschung

9.1.3. Kennzeichen des Lebens.

9.1.1. Begriffsdefinitionen

Hormone sind im Spiel ...

... beim verliebten Jaulen von Katzen

... bei den Launen der Teenager

... bei der Injektion von Insulin

... bei der Rindermast

… bei der Dezimierung von Insekten

… bei der Kastration

...


Herkunft des Wortes:

Horman... griechisch: antreibend,

anregend, in Bewegung setzen

Endokrinologie:

Endon... griechisch: innen,

krinein... griechisch: absondern


Neuroendokrinologie: Zusammenspiel zwischen Nervensystem

und Hormonsystem

9.1.1. Praktische Bedeutung

• Human- und Tiermedizin

• Tiermast

• Schädlingsbekämpfung

• Pflanzenzüchtung

9.1.1. Vorkommen bei Einzellern

• frühe Erfindung der Evolution

• Botenstoffe kommen bereits bei Bakterien und Einzellern vor.

• Funktion: Auffindung, Konjugation

9.1.1. Hormonwirkungen bei Vielzellern I

• regulieren die chemische Zusammensetzung des inneren Milieus

• regulieren den Organstoffwechsel und die Energiebalance

• helfen dem Körper mit Belastungssituationen (Infektionen, Trauma, Streß, Durst, Hunger, Temperaturextremen) fertig zu werden

• fördern Wachstum und Entwicklung

• Verhalten

9.1.1. Hormonwirkungen bei Vielzellern II

• Farbwechsel

• Steuern Reproduktionsvorgänge

– Eizell- und Spermienbildung

– Befruchtung

– Versorgung des Kindes im Mutterleib

– Geburt

– Ernährung des Neugeborenen

– Lust, Orgasmus, Treue, Liebe …..


Hormone sind Wirkstoffe oder chemische Botenstoffe, die in Drüsen oder innersekretorischen Zellen erzeugt werden und durch humorale (lat. humor: Flüssigkeit) Übertragung zu ihren Wirkorten

(Zielorganen, -geweben und -zellen)

gelangen.


Homöostase:

Die Fähigkeit eines Organismus, auch bei sich ändernden Umweltbedingungen den inneren Zustand stabil, in lebensveträglichenGrenzen zu halten, nennt man Homöostase.

Sie ist der physiologische Zustand des Fließgleichgewichtes.


• Ahnung von geheimnisvollen Stoffen im Körper:Kannibalismus (meist rituell, kaum aus Ernährungsgründen), Blutkulte

• 1400 v. Chr. Indien: Impotenz mit Hodengewebe behandelt (Testosteron), auch Römer gegen vorzeitige Mannesschwäche

• 3. Jhdt. v. Chr. Aristoteles: Folgen der Kastration bei Vögeln beschrieben, Parallelen zum Menschen


• Arnold Adolph Berthold (1803-1861) 1849: Autotransplantation: Hahn Hoden auf Rücken verpflanzt, Hahnenkammverkümmerung unterblieb trotz Kastration.


• 1889: Mering und Minkowski: Bauchspeicheldrüse beim Hund entfernt, zuckerkrankheitähnliche Zustände (Insulin).

• 1895: Oliver und Schäfer: Extrakt des Nebennierenmarkes injiziert - Blutdruckerhöhung (Adrenalin, Noradrenalin)

• 1901: Takumine: Isolierung und Charakterisierung des Adrenalins

• 1902-1906: Starling und Bayliss: Substanz aus Darmschleimhaut (Sekretin) bewirkt Sekretion von Enzymen aus der Bauchspeicheldrüse.


• 1889: Brown-Sequard: Selbstversuch, Einspritzen von Tierhodenextrakt: körperliche und geistige Verjüngung berichtet (Placebo?)

• 1912 Achner: Entfernung der Hypophyse beim Hund (FSH = Follikelstimulierendes Hormon) führte zu Rückbildung der Gonaden.

• 1914 Starling: 1. Hormondefinition: Hormon sei eine Substanz, die in den endokrinen Drüsen des Körpers gebildet und über die Blutbahn transportiert werden, wo sie die Zielorgane so beeinflußen, daß die Wirkung für den Organismus als Ganzes dienlich sei.


• 1922 Evans und Long: Hypophysenextrakte bewirken Vergrößerung der Gonaden.

• 1922 Kropec: Erstmals Evertebraten: Raupenextrakte bewirken Häutung bei Seidenspinnerraupen (Ecdyson).

Monarchfalter nach Häutung


• 1922 Banting, Best, Collip: Klinische Anwendung von Insulin

• 1926 Abel: Kristallisation von Insulin

• 1935-53 Feyrter: Beschreibung periferer parakrinerDrüsen

• 1936 Selye: Beschreibung des Stress Syndroms

• 1944 B. und E. Scharrer: Vergleich C. cardiacum / allatum-Systems der Insekten mit Hypothalamus / Hypophysensystem der Vertebraten.


• 1959 Yalow:Radioimmunoassay

Antigen

Markiertes Antigen

spezifischer Erstantikörper

markierter Erstantikörper


• 1960 Clever, Karlson: Induktion von Puffs durch Häutungshormone → Konzept der Steroidhormonwirkung

Fruchtfliege, Drosophila

melanogaster

AA BB

A: unbehandelte Tiere

B: nach Injektion von Ecdyson


• 1962 Sutherland: Entdeckung von cAMP und Adenylatzyclase, Second Messenger Konzept

• 1986 Levi-Montalcini, Cohen: Nobelpreis für Arbeiten über reversible Phosphorylierung

• 1994 Gilman, Rodbell: Nobelpreis für Arbeiten über G-Proteine


Identifizierung von Hormonsystemen:

1. Registrierung der Defekte nach Ausfall einer Drüse (z. B. Aristoteles: Kastrierter Vogel)

2. Behebung des Defektes durch Re-implantation oder Hormonersatz

3. Isolierung und Charakterisierung des Hormons

9.1.3. Kennzeichen des Lebens

• Erregbarkeit

• Bewegung

• Stoff- und Energiewechsel

• Regulationsfähigkeit (Homöostase)

• Wachstum, Regenerationsfähigkeit

• Vermehrung und Vererbung

• Individualität

z.B.a) Fähigkeit auf Umweltreize zu reagieren Mensch schließt Auge auf Berührungskontakt (nervös)

b) Adrenalinausschüttung bereitet auf Aktion vor


• Erregbarkeit

• Bewegung





• Individualität

Nerv wächst entlang eines Konzentrationsgradienten


• Erregbarkeit

• Bewegung





• Individualität

Insulin ermöglicht die Aufnahme von Glukose in eine Leberzelle, Adrenalin stimuliert den

Abbau von Glykogen ebendort.


• Erregbarkeit

• Bewegung





• Individualität

Glas Glukose - Blutzucker steigt - Insulin Ausschüttung - Blutzuckersenkung

Blutdruckregulation z. B. durch Adiuretin


• Erregbarkeit

• Bewegung





• Individualität

Wachstumshormone, Geschlechtshormone, Insekten: Häutungshormon


• Erregbarkeit

• Bewegung




• Vermehrung und Vererbung• Individualität

Sexualhormone


• Erregbarkeit

• Bewegung





• Individualität Glukokortikoide (Immunsupression)

Adrenalin, Testosteron: Beeinflussung des Temperaments

9.2. Regelkreise und Homöostase in biologischen

Systemen


9.2.1. Ausgleichsvorgänge

9.2.2. Regelkreise

• Proportional Regler

• Integral Regler

• Differential Regler

1. Einleitung







9.2.1. Biologische Regelsysteme

• Ausgleichsvorgänge:– Beispiel: Wasserstand in Stauwehr

– Ähnlich: Pufferung des Blut pH

9.2.1. Biologische Regelsysteme

• Ausgleichsvorgänge:– Beispiel: Wasserstand in Stauwehr

– Ähnlich: Pufferung des Blut pH

• Regelkreise

9.2.2. Regelkreise

Regelung eines Bügeleisens?

9.2.2. Regelkreise

T BügelplatteSchalterStrom

Einstellknopf

Sollwert

Temperatur Bügelgut

Bimetall-streifen

Ist-Wert

Diff.Mechanik

9.2.2. Regelkreise

RegelstreckeStellgliedEnergie

oder Substrat

Sollwert-einstellung

(Führungsgröße)

Sollwert

Störgröße

Messwert-aufnehmer

Ist-Wert

Diff.Regler

9.2.2. Regelkreise

• Einfacher Regler reicht für Bügeleisen, aber nicht für Kraftwerkskesselanlage, da – Dampfverbrauch,

– Dampfdruck,

– Abgaswärme,

– CO-Gehalt,

– Wasserzufluß,

– Ölzufluß geregelt werden müssen.

• Bügeleisen ist ein unstetiger Regler:nur EIN und AUS

9.2.2. Regelkreise

• Stetige Regler– Regeltypen:

• Proportional Regler ... P

• Integral Regler ... I

• Differential Regler ... D

• Bügeleisen ist ein unstetiger Regler:nur EIN und AUS

– für biologische Systeme nicht ausreichend: z. B. Blutdruckregulation über eine Vielzahl unterschiedlicher stetiger Regelkreise

9.2.2. Regelkreise

Untersuchungsmethoden:

• Aufschneiden des Regelkreises, zeitveränderliche Signale an aufnehmender Seite → abgebende Seite: Zeitverlauf der Reaktionen.

RegelstreckeStellgliedEnergie

oder Substrat

Sollwert-einstellung

(Führungsgröße)

Sollwert

Störgröße

Messwert-aufnehmer

Ist-Wert

Diff.Regler

9.2.2. Regelkreise

Zeitlicher Verlauf ... ... In einem aufgeschnittenen Regelkreis

... des D-Anteils

... des I-Anteils

... des P-Anteils

... der Störgröße

Zeit

9.2.2. Regelkreise

• Gefahr von Regelschwingungen durch zeitabhängige Glieder (auch ohne D-Anteil z.B.: Wärmespeicherung im Material oder Übertragungszeit zwischen Fühler und Stellglied)

9.2.2. Regelkreise

• Stör- oder Führungsgröße sprunghaft mit der Zeit ändern → Analyse der Reaktion des geschlossenen Kreises

• Zeitperiodische Änderungen mit variabler Frequenz ...

Schwierig und kompliziert je komplexer der Organismus

Untersuchungsmethoden:

• Aufschneiden des Regelkreises, zeitveränderliche Signale an aufnehmender Seite → abgebende Seite: Zeitverlauf der Reaktionen.

9.2.2. Regelkreise

Regelkreise sind ineinander verwoben:

Beispiel: Blut:

CO2 Partialdruck

pH Wert

können nicht unabhängig voneinander geregelt werden.

H2O + CO2 H2CO3

Regelkreise sind ineinander verwoben:

Beispiel: Körpertemperatur:

9.2.2. Regelkreise

• Wärme erzeugen:– erhöhter Umsatz, – braunes Fettgewebe, – Kältezittern.

• Wärmeverlustminderung:– Hautdurchblutung (periphere) drosseln („Gänsehaut“)

• Wärmeabfuhr verbessern:– Erhöhte Hautdurchblutung, Hecheln, Schwitzen.

• …. Verhalten ….

9.2.2. Regelkreise

• Nervöser: Beispiel: Buch auf Arm fallen lassen - Sollwert in Muskel und Sehnenspindeln - .....

• Hormoneller: Beispiel: Glas Zuckerwasser: resorbiert - Erhöhung der Blutzuckerspiegels - Insulinausschüttung - Zuckeraufnahme in die Zellen - Glycogensynthese, Blutzuckerspiegel ist wieder normal.

2 Regelkreistypen:

Alle diese Regelkreissysteme sind Informationsflußsysteme

9.3. Informations-flußsysteme


9.3.1. Gap Junctions9.3.2. Hormonell9.3.3. Neuronal9.3.4. Genetischer Informationstransfer

- intrazellulär- generationsübergreifend

1. Einleitung







9.3.1. Gap Junctions

Intrazellularraum Zelle 1

Intrazellularraum Zelle 2

Extrazellularraum

Zellmembran

Zellmembran

9.3.2. Hormonelle Informationsflußsysteme

• Hormondrüsen und

• einzelne hormonbildende Zellen

• langsamer ablaufende Vorgänge und

• längerfristig andauernde Zustände.

Entwicklungsgeschichtlich älter als Neuronales System, schon in der

Embryonalentwicklung!

9.3.2. Hormonelle Informationsflußsysteme

Hormon-produzierende

Zelle

Körperflüssigkeit (Blut)

Zelltyp 2

Zelltyp 3

Zelltyp 1Keine

Antwort

Antwort A

Antwort B

9.3.3. Neuronale Informationsflußsysteme

• Chemische und elektrischeReizweiterleitung

• komplizierteste Ausprägung in Sinneszellen, Sinnesorganen,

• Nervensystem mit zentralen und peripheren Anteilen

• schnelle Reaktionen


NeuronNeurosekretorische

Zelle

Synthese

Synthese


Anterograder Transport

Neuron

100-700 mm / Tag, im Spezialfall: 2800 mm / Tag

(Neuropeptidhormone)

1-10 mm / Tag (Cytoskelett-Elemente, cytoplasmatische

Enzyme)

ca. 400 mm / Tag (Organellen)

NeurosekretorischeZelle

Wirkort

Zielgewebe kann meterweit entfernt sein

Postsynaptische Membran (10-50 nm Abstand)


Abbau des Signals

Neuron

Im Blutgefäßsystem, in verschiedenen Organen (Minuten

bis Stunden)

Im Synaptischen Spalt, sehr schnell (< 1 sec)

NeurosekretorischeZelle

Wiederaufnahme

Findet nicht stattVon intakten

Neurotransmittern und Metaboliten

Freisetzung

Ca++ ist notwendigCa++ ist notwendig

Vergleich Hormon- und Nervensystem

Nervensystem Hormonsystem

Signalübermittlungelektrisch (Neuron,

Axon) und chemisch (Synapse)

chemisch (Hormone)

ZielzellenMuskelfasern,

Drüsen, andere Nervenzellen

Alle Körperzellen mit passendem (spezifischem)

Hormonrezeptor

Vergleich Hormon- und Nervensystem

Nervensystem Hormonsystem

Wirkungseintritt(-dauer)

Millisekunden bis Sekunden

Sekunden bis Monate

Folgereaktion

Aktivierung anderer Nervenzellen,

Muskelkontraktion oder Drüsensekretion

Vor allem Änderungen der

Stoffwechselaktivität (z. B. Synthesen,

Wachstum)

9.3.4. Genetischer Informationstransfer

DNA als Träger der Erbinformation im Zellkern, unmittelbar regulierend auf Geschehen im Zellkern


Gen ... aus spezifischen Nukleotidsequenzen der DNA bestehende Einheiten der Erbinformation

z.B. Information für:

1 mRNA (Messenger-RNA) (Information z.B. für 1 Protein)

1 tRNA (Transfer-RNA)


Umwandlung der Informationen in die jeweilige Signalsprache des anderen

Systems.


DNA

RNA

Protein

Transkription

Translation

Im Zellkern

Im Cytoplasma

Vom Gen zum Protein


Von Generation zu Generation

9.3. Informationsflußsysteme

Gap junctions

Neuronal

Genetisch

Hormonell

Intrazellulär /Zell-Zell

Organ-Organ

Individuum-Individuum

Individuum - F1

+

+

+

+

(+) +Genaustausch

+

+

+

+

+ Zeitlich begrenzt

- -

-

-

-

9.3. Informationsflußsysteme

Folgerung:

• Hormone können nur in der Zusammenschau aller Systeme sinnvoll besprochen werden und unter diesem Leitsatz der Universalitätsoll auch diese Vorlesung stehen = Teilaspekt einer Systemphysiologie die das gesamte Wirkungsgefüge eines Lebewesens beschreibt.

9.4. Einteilung chemischer

Botenstoffe und deren Charakterisierung


9.4.1. Chemische Botenstoffe

• lokale chemische Mediatoren

• Hormone,

• Neurotransmitter

• Pheromone

9.4.2. Einteilung der Hormone

1. Einleitung








1. Lokaler chemischer Mediator

9.4.1.1. Lokaler chemischer Mediator

NervenwachstumsfaktorBarriere aus Silikonfett

Sympathisches Neuron


• Parakrin / Parahormon

• z. B. Nervenwachstumsfaktor

Signalisierende Zelle

Zielzellen

lokaler Mediator


Schlafinduktion durch lokale chemische Mediatoren

Spezifisches Zielneuron

Lokaler chemischer Mediator

InhibitorischesNeuron



2. Neurotransmitter

9.4.1.2. Neurotransmitter

• z. B. Noradrenalin (Nervenendigung, excitatorisch),– in synaptischen Spalt

– aber auch ins Blut, dann Neurohormon.

• Neuromediatoren /Neuromodulatorbeeinflussen das Nervensystem(z.B. Substanz P, verstärkt Schmerzwahrnehmung)


• Noradrenalin

Synapse

ZielzelleNeurotransmitterNervenzelle


Neurohämalorgan• Sezerniert Botenstoffe in die

Körperflüssigkeit (z. B. Blut, Hämolymphe)


NeurosekretgranulaNeurosekretorisches Neuron

Axon

Neurosekretgranula

EndigungenBlutgefäßoder Haemolymphe

Neurohämalorgan

Hypothalamus -Hypophysensystem

Corpora allata



2. Neurotransmitter

3. Hormone

9.4.1.3. Hormone

• z. B. Insulin (Pankreas);

• Noradrenalin (Nebennierenmark)

Endokrine Zelle

Zielzelle

Hormon

Blut

9.4.1.3. Hormone

Hormon-produzierende

Zelle

Körperflüssigkeit (Blut)

Zelltyp 2

Zelltyp 3

Zelltyp 1Keine

Antwort

Antwort A

Antwort B



2. Neurotransmitter

3. Hormone

4. Pheromone

9.4.1.4. Pheromone

• Niedermolekulare, flüchtige chemische Verbindungen, die in der Kommunikation zwischen Artgenossenals Signale dienen und einen ähnlichen Einfluß auf Physiologie und Verhalten haben wie Hormone.

9.4.1.4. Pheromone

• Hormone: • Pheromone:

9.4.1.4. Pheromone

Lüscher und Butenandt:

Substanzen, die von einem Individuum nach außen abgegeben werden und bei einem anderen Individuum der gleichen Art spezifische Reaktionen auslösen

• Besonders bei Säugern und Insekten• Sexuallockstoffe• Balzauslösend• Spurfolgeverhalten von Ameisen• Soziale Ordnung im Bienenvolk

9.4.1.4. Pheromone

• Weiblicher Schwammspinner:

1 Molekül Pheromon in 1017 Luftmolekülen löst eine Verhaltensreaktion aus

9.4.1.4. Pheromone

• Männlicher MenschAndrostenon (aus Testosteron) in Schweissdrüsen --> Attraktivitätserhöhung

• Ameisen Termiten Verwirrsubstanzen (Definition?)

Bienen Königinnenpheromon: Info über Kg-Status,Unterdrückt Ovarentwicklung von Arbeiterinnen



2. Neurotransmitter

3. Hormone

4. Pheromone

5. Kairomone


Kairomone:

Informationssubstanz, die dem aufnehmenden Organismus nutzt; Beispiele:

• Furgierkairomone leiten Insekten zu Wirtspflanzen

• Feindvermeidungskairomone

• Aggregationskairomone (z.B. M+W treffen sich)

9.4.1. Chemische BotenstoffeUnterschiedliche Wirkung an

unterschiedlichen Orten

• ACH, Acetylcholin (Neurotransmitter):

Skelettmuskelkontraktion wird stimuliert

Pigmentdispersion in Chromatophoren der Froschhaut verursacht

Herzmuskelzellenkontraktionsgeschwindigkeit vermindert



• Adrenalin (Hormon):

Glukosefreisetzung aus Leberzelle

Konstriktion der Blutgefäße(Fight-or-flight)

Aufstellen der Körperhaare



• Die Zielzellen sind darauf spezialisiert, auf chemische Signale in spezifischer Weise zu reagieren


StrategienVerschiedene

endokrine Zellen

Blutstrom

Verschiedene (z. B. endokrine) Zielzellen

Neuro-transmitter

Verschiedene Neuronen

Synaptische SignalgebungEndokrine Signalgebung

Verschiedene Hormone

Verschiedene (z. B. endokrine)

Zielzellen


• Hormone: viele Hormontypen, viele Rezeptortypen

• Neurotransmitter: weniger Transmitterquantitativ und qualitativ, dafür in synaptischen Spalt abgegeben

BEIDE übermitteln spezifische Nachrichten an bestimmte Zellen

Strategien


• Zeitfaktor: Weiterleitung in msec, sec.– Arm-Zungenzeit: 15 sec, dann noch ins

Gewebe

• Eintritt einer meßbaren Wirkung:– bei Nerven sehr rasch,

– bei Hormonen Sekunden bis Tage und länger (Wachstum, Sexualhormone.)

Strategien

9.4.2. Charakterisierung von Hormonen

1. nach Bildungsort

9.4.2.1. Charakterisierung von Hormonen: Bildungsort

• nach Bildungsort:

• Meist in hormonbildenden Drüsenzellen gebildet und von diesen abgegeben. (Blut)flüssigkeit → Zielort

• Gesamtheit: Endokrines System oder Endokrinum


• nach geweblicher Organisation der Zellen:

• Drüsenhormone (glanduläre Hormone): keine Ausführgänge, von Kapillaren durchzogen – Schilddrüse, Nebenniere, Hypophyse

• Gewebshormone (aglanduläre Hormone):nicht histologisch abgrenzbares Organ– Gastrointestinale Hormone, Neurohormone


• nach geweblicher Organisation der Zellen:

• Drüsenhormone (glanduläre Hormone)• Gewebshormone (aglanduläre Hormone):

– unscharfer Übergang zu Modulatoren und Mediatoren, Parahormone (Wirkung im Entstehungsgewebe)

(Somatostatin, im Darmgewebe, Wirkung auf Nachbarzellen)


+ diffuses endokrines

System

Neurosekretorische Zentren im GehirnEpiphysenergienHypophyseNebenschilddrüseSchilddrüse und Ultimobranchialkörper

Thymus

Langerhans-Inseln des Pankreas

NebennierenrindeNebennierenmarkGastrointestinalhormoneOvarien

Hoden


+ diffuses endokrines

System

NeurosekretorischeZentren im Gehirn

Corpora cardiaca

Corpora allata

Prothoraxdrüse

Ventraldrüse


1. nach Bildungsort

2. nach Wirkungsart

9.4.2.2. Charakterisierung von Hormonen: Wirkungsart

• Kinetische Wirkung:– Pigmentwanderung (Acetylcholin),

– Drüsensekretion.

• Metabolische Wirkung:– Thyroxin steigert oxydativen Stoffwechsel

• Morphogenetische Wirkung:– Thyroxin induziert Metamorphose des Frosches

• Verhaltensmodulierende Wkg:– Prolactin: Molche suchen Laichgewässer auf


• Artspezifisch:– Hypophysärer Zwergwuchs: nur

Somatotropin (STH) des Menschen wirkt.

• Nicht artspezifisch:– zwischen Säugern (teilweise) übertragbar:

Insulin

– Säuger, Vögel, Fische: Säuger-Prolactinwirkt bei allen.


• Gleiches Hormon, unterschiedliche Wirkung bei verschiedenen Arten:– Prolactin (bei allen wirksam):

• Säuger: Entwicklung der Milchdrüsen, Synthese der Milchproteine

• Tauben: Kropfmilchsekretion

• Hühner: Kükenfüttern

• Fische: Vermehrung der Schleimzellen der Haut, Butpflegefächeln, Osmoregulatorische Prozesse


1. nach Bildungsort

2. nach Wirkungsart

3. nach Chemismus

9.4.2.3. Charakterisierung von Hormonen: Chemismus

Peptid- und Proteohormone, manchmal Glycoproteide:

• Peptid: Vasopressin (Nervengewebe)

• Protein: Insulin (Bauchspeicheldrüse)

• Glycoproteid: Follikelstimulierendes Hormon (FSH, Vorderlappen der Adenohypophyse)


Proinsulin


Steroidhormone

• Alle von Cholesterin abgeleitet (Cholesterinähnliche Pflanzenbestandteile: bei Insekten essentiell)

• z. B. Progesteron aus Ovar


Steroidhormone

Cholesterin

Pregnenolon

Progesteron


Aminosäureabkömmlige

• Thyroxin aus Schilddrüse (Tyrosin)

• Histamin aus Histidin (eigentlich ein chemischer Mediator aus z. B. Mastzellen des Darmes)


Aminosäureabkömmlige

• Beispiel: Histamin aus Histidin

Histidin Histamin

9.5. Hormonbildung und Speicherung,

Abgabe und Abbau


9.5.1. Hormonbildung, Hormon-produzierende Gewebe

9.5.2. Abgabe der Hormone

9.5.3. Speicherund der Hormone

9.5.4. Transport der Hormone

9.5.5. Abbau der Hormone

1. Einleitung







9.5.1. Hormonbildung

• meist über Vorstufen (precursor)– z.B. Prae-Pro-Insulin-Molekül

Proinsulin



Präproinsulin InsulinProinsulin


• Vorstufen können selbst Hormone sein:– Cholesterin → Progesteron (weibliches

Geschlechtshormon) → Aldosteron (Na+-K+-Gleichgewicht).

– T4, T3



• Effektorisches Hormon ist aber nur das, das einen Wirkstoff für eine Zielzelle darstellt (nicht theoretisch wirksame Vorstufen)


–die Konzentration

–die Konzentration im Transportsystem

–durch andere Hormone

Produktion des Hormones kann modifiziert werden durch


9.5.1.1. Hormonproduzierende Gewebe

• aus allen Keimblättern:

Ektoderm: Nebennierenmark

Mesoderm: Nebennierenrinde

Entoderm: Schilddrüse

Alle 3: Placenta


• Histologische Unterschiede ob

Proteo- oder Peptidhormon,

Steroidhormon,

Aminosäurenhormone.


Proteo- oder Peptidhormon

• sezernierende Zellen verfügen über viel – rauhes endoplasmatisches Reticulum,

– viele Dictyosomen (Golgi-Apparat).

• Verpackung in Vesikel und

• exocytotische Ausschleusung


Steroidhormone

• Grundbaustein ist aktivierte Essigsäure, Acetyl Co A.

• Cholesterin- Pregnenolon (bei Säugern) Schlüsselstellung! bei Wirbellosen oft nur Substitutionen von H durch OH am Cholesterin.


Steroidhormone

Cholesterin

Pregnenolon

Progesteron


Steroidhormone

• Viel glattes ER,

• viele Mitochondrien,

• viele Fettröpfchen (daraus Cholesterinfreisetzung),

• Synthese von Pregnenolon in den Mitochondrien, manchmal kurzfristig in Lipidgranula abgelagert


Aminosäurenhormone

• keine typischen morphologischen Korrelationen


• Exocytotische Abgabe wenn in Vesikeln

• niedermolekulare Proteohormonekönnen auch aus Vesikeln vor der Membran ausgeschieden werden und dann diffundieren

• Diakrinie wenn "unsichtbar" durch Zellwand

AUS DER ZELLE ...


... WOHIN?

• Endokrine Wirkung: Transport in Körperflüssigkeit (Interzellularflüssigkeit, Blut, Haemolymphe, Coelomflüssigkeit)

Endokrine Zelle ZielzellenHormon

Blut


... WOHIN?

• Parakrine Wirkung: in unmittelbarer Umgebung wirksam

Endokrine Zelle

Zielzellen

Hormon


... WOHIN?

• Autokrine Wirkung: auf produzierende Zelle (z.B. manche Wachstumsfaktoren)

Endokrine Zelle


• nervöse Reize

• Releasing Hormone, Inhibiting Hormone

• Konzentration des betreffenden Hormons

• andere Hormone (Inhibierung)

• Parameter, die durch das Hormon reguliert werden (z.B. Ca++, Glucose)

Regulation der Abgabe durch

9.5.3. Speicherung der Hormone

• in den Zellen meist nur kurz (Abbau durch Krinophagie)

• Ausnahme Schilddrüsenhormon das in Hohlräumen gespeichert wird und Peptidhormone.

• Ausnahme: Neurohormone, langer intrazellulärer Transport vom Soma durch den Axon oder durch mehrere, bis zur Präsynapse. Manche können in Neurohämalorganen gespeichert werden (Hypothalamus, Hypophysen-System)


• Proteo- und Peptidhormone sind wasserlöslich

• Trägerproteine für wahrscheinlich fast alle hochmolekularen Hormone

• Transportform -Schutz vor Abbau- besonders wichtig für hydrophobe Moleküle (ThyreoidHormone und Steroide)

Hydrophile und Hydrophobe Signale


• Unspezifisch: Albumine (hohe Kapazität)– z. B. für Aldosteron

• Spezifische Transportproteine oder Proteide

Transportmoleküle:


• Reservoir, da nur freies Hormon wirksam

• Stabilisierung (gegen Oxidation und enzymatischer Abbau)

• Verringerung unspezifischer Adsorptionen und Aufnahme in Leber

• Targeting - Erkennung von Transportprotein im Zielgewebe kann Aufnahme erleichtern

Funktion der Transport-Proteine in Körperflüssigkeiten

(auch z.B. Uterusflüssigkeit):


• wasserlösliche Hormone innerhalb von Minuten entfernt / abgebaut

• chemische Mediatoren und Neurotransmitteroft innerhalb von Sekunden

• Steroidhormone über Stunden im Blut– Cortisol: HWZ 90 min, Einfluß auf KH, F, Pr.

Stoffwechsel, Nebennierenrinde

• Thyreoidhormone: Tage im Blut

Wirkungsdauer dementsprechend


• Extrazellulär: – Proteolytische Spaltung im Blut (Proteo-Hormone)

– Umwandlung in inaktive Stereoisomere (Steroide)

• Intrazellulär:– Nach erfolgter Wirkung meist abgebaut und

ausgeschieden

Abbauprodukte oft wichtig für Diagnostik (Harnanalysen)

Inaktivierungsmechanismen

9.6. Informationstransfer in Zellen: Rezeptortypen


9.6.1. Rezeptoren9.6.1.1. Oberflächenrezeptoren9.6.1.2. Cytosolische Rezeptoren

im Cytosolim Kern

1. Einleitung







Hormonwirkung auf zellulärer Ebene

• Primärwirkung eines Hormons ist Bindung an den Rezeptor, also– JA oder NEIN

• Sekundärreaktion: induzierte Prozesse in der Zelle– meist Auslösung einer enzymgesteuerten

Kette von Stoffwechselreaktionen

– Unterschied zu Pheromonen: Bioelektrische Signale werden ausgelöst

9.6.1. Rezeptoren

• Hydrophile Signale Eiweißhormone oder Catecholamine (z. B. Adrenalin und Noradrenalin)

– Membranständige Rezeptoren

• Hydrophobe SignaleSteroidhormone, Schilddrüsenhormone

– Cytosolische Rezeptoren

– Rezeptoren im Kern

9.6.1. Rezeptoren

Hydrophile SignalePlasmamembran

hydrophiles Signalmolekül

Zelloberflächen-rezeptor

9.6.1. Rezeptoren

Hydrophobe SignalePlasmamembran

hydrophobes Signalmolekül

Carrier-Protein im Blut

Cytosolischer Rezeptor

Rezeptor im Kern

9.6.1. Rezeptoren

Nachweis für Rezeptoren: Autoradiographie

Bindung und Internalisierung von Insulin an

Rattenhepatocyten

9.6.1. Rezeptoren

Charakteristika (I):

[freies Hormon]

[Re

zept

org

ebu

nde

nes

Hor

mo

n]

50%

KD

9.6.1. Rezeptoren

• Hohe Affinität KD: 10-7Mol/l und kleiner– Haptische Wirkung auf die Hormone

– Hormon und Analogon binden und wirken

– Antagonist bindet, wirkt aber nicht

• Hohe Spezifität (können Stereoisomereunterscheiden)

• geringe Anzahl (hunderte bis 100.000)

• Sättigbarkeit

Charakteristika (II):

9.6.1. Rezeptoren

• Gewebsspezifische Expression

• Proteine oder Proteide– Membrangebunden

– im Cytoplasma

– im Kern

• Notwendig für Vermittlung der Hormonantwort

Charakteristika (III):

9.6.1. Rezeptoren

9.6.1.1. Oberflächenrezeptoren

G-Protein gekoppelt

Katalytisch (Proteinkinase)

Kanalgekoppelt

9.6.1.2. Cytosolische Rezeptoren

im Cytosol

zellorganellgebunden

im Kern

9.6.1.1. Oberflächenrezeptor

Ligand (Signalmolekül) bindet mit hoher Affinität.



Signaltransduktion:Rezeptoren wandeln diesen Vorgang in ein intrazelluläres Signal, den Second Messenger, das das Ver-halten der Zelle ändert.



Signaltransduktion:Rezeptoren wandeln diesen Vorgang in ein intrazelluläres Signal, den Second Messenger, das das Ver-halten der Zelle ändert.

Der Second Messenger modifiziert z. B. vorhandene Proteine.

9.6.1. Rezeptoren


G-Protein gekoppelt


Kanalgekoppelt


im Cytosol


im Kern


– G-Protein gekoppelt

Übersicht (vereinfacht):


• Heptahelikale Struktur

• extrazellulärer N-Terminus

• Signalweiterleitung über G-Proteine

• Bindung unterschiedlichster Liganden an unterschiedlichen Bindungsorten– Hormone

– Photonen

– Neurotransmitter

– Wachstumsfaktoren

G- Protein gekoppelt:


Heptahelikale Struktur

extrazellulär

intrazellulär


extrazellulär

intrazellulär

LichtKatechol-

aminePeptide,

Chemokine

Glykoprotein-hormone

Glutamat, Ca++

Thrombin

Rhodopsin

α-, β-adrenerger

Rezeptor

Neurokinin-

Rezeptor

LH, TSH Rezeptor

Ca- und Glutamat Rezeptor

ThrombinRezeptor


• Autoregulation (Eines der Folgeprodukte inaktiviert)

• Rezeptor-Internalisation

• Alternatives Spleißen– z. B. Prostaglandin Rezeptor:

• 4 Isoformen

• Unterschied nur am C-terminalen Ende -andere Reaktionspartner (andere second Messenger)

„Regulation“ der G- Protein gekoppelten Rezeptoren:


Zusammenspiel Rezeptor - G-Protein:

Stoß-Kupplungsmodell

G- Protein gekoppelt:

9.6.1.1. OberflächenrezeptorStoß-Kupplungsmodell






9.6.1.1. OberflächenrezeptorZusammenfassung:


Adenylylcyclase:

intrazellulär

C1, C2 ... Katalytische Domänen


• Rezeptormoleküle und Adenylylcyclaseverschiedener Zellen funktionieren in intakten Zellen

• „Transplantationsexperimente“solubilisierter Zellen

Adrenalin-Rezeptor

Hitze-inaktivierte Adenylylcyclase

Solubilisieren mit Detergens

Detergens-Rezeptor-KomplexeEntfernen von Detergens, Zugabe von Phospholipid

Phospholipid-Rezeptor-Komplexe

Adenylylcyclase

Zelle ohne Adrenalin-Rezeptor

Rezeptor-Implantation

Adrenalinbindung aktiviert Adenylylcyclase


• haben GTPase Aktivität

• binden abwechselnd GDP oder GTP

• Funktionen:– Hormonelle Signalweiterleitung,

– Proteinsynthese,

– Translationseinleitung,

– Signaltransduktion (α-Untereinheiten der heterotrimeren Proteine)

G- Proteine:


GTPase Zyklus:

... GTPase aktivierendes Protein

GDI ... GDP DissoziationsinhibitorGNRP ... Guaninnukleotid Releasing

Protein

9.6.1.1. Oberflächenrezeptor 9.6.1.1. Oberflächenrezeptor

Choleratoxin

Coffein


2 Wege, wie G-Protein gekoppelte Rezeptoren kleine intrazelluläre Mediatoren initiieren können:

• cAMP-Weg

• Ca++- Weg


cAMP-Weg Ca++- Weg

9.6.1.1. OberflächenrezeptorStrukturen einiger typischer intrazellulärer

Second messenger-Moleküle

Calcium Ion

Cyclisches Guanosin-3‘,5‘-monophosphat

CyclischesAdenosin-3‘,5‘-monophosphat

Inosit-1,4,5-triphosphat

1,2-Diacylglycerin

FettsäureresteGlycerin

9.6.1.1. OberflächenrezeptorDiacylglycerin und Inositol 1,4,5-

Trisphosphat als Second messenger


Zellantworten (Neurone, Pankreaszellen, Thrombocyten, Leberzellen, Eizellen...)

Botenstoffbindung an speziellen Rezeptor

z. B. Adrenalin, Histamin, CCK, ...

Second messengers

Dialglycerin (DAG) und Inositol 1,4,5-Triphosphat

(IP3)

9.6.1.1. Oberflächen-rezeptor

Signalverstärkung!Verstärkung

Verstärkung

Verstärkung

Verstärkung

RezeptorLigand

aktivierte Adenylyl-cyclase

Gs (αUnter-einheit)

cAMP

A-Kinase

Enzym

Produkt


cAMP: zyklisches Adenosin Monophosphat


cAMP: Synthese und Abbau

ATP

Adenylyl-cyclase

cAMP

5‘ AMP

cAMP Phospho-diesterase

H2O

Anstieg von cAMP in Skelettmuskelzellen stimuliert GlykogenAbbau und inhibiert Glykogensynthese

Rolle der Phosphoprotein-Phosphatase

+->

Inhibitierung der Phosphoprotein-Phosphatase durch cAMP

9.6.1.1. OberflächenrezeptorAktivierung der cAMP-abhängigen Proteinkinase

katalytische Untereinheit

regulatorischeUntereinheit

inaktive Proteinkinase

cAMP

Komplex aus cAMPund regulatorischer

Untereinheit

aktive katalytische Untereinheit

9.6.1.1. OberflächenrezeptorEinige Hormoninduzierte und cAMP

vermittelte zelluläre Antworten IEmpfängergewebe Hormon Antwort

Schilddrüse (Thyreoidea)

Thyreoid-stimulierendesHormon (TSH)

[Glycoproteid, aus Hypophyse]

Synthese und Sekretion des Thyreoidhormons

NebennierenrindeAdrenocorticoidesHormon (ACTH)

[Polypeptid, aus Hypophyse]

Sekretion von Cortisol

Eierstöcke (Ovarien)Luteinisierendes Hormon

(LH) [Glycoproteid]

Sekretion von Progesteron

MuskelnAdrenalin [AS-Derivat, aus

Nebennierenmark]Glykogenabbau

9.6.1.1. OberflächenrezeptorEinige Hormoninduzierte und cAMP

vermittelte zelluläre Antworten IIEmpfängergewebe Hormon Antwort

KnochenParathormon [Polypeptid,

aus Neben-Schilddrüse]

Resorption von Knochenmasse

HerzAdrenalin [AS-Derivat, aus

Nebennierenmark]

Erhöhung des Herzschlages und der Herzmuskelkontraktion

LeberGlukagon [Polypeptid, aus

Pankreas]Glykogenabbau

NiereVasopressin [Polypeptid,

aus Hypophyse]Wasserresorption

FettAdrenalin, ACTH [NNR],

Glukagon, TSHAbbau von Triglyzeriden


ACTH, Adenosin (A2A-, A2B-Rez.), Adiuretin=Vasopressin (V2-Rez.), Adrenalin und Noradrenalin (β1-,β2-Rez.), Calcitonin, CGRP, CRH, Dopamin (D1-, D5-Rez.), FSH, Glucagon, Histamin (H2-Rez.), Oxytocin (V2-Rez.), diverse Prostaglandine(DP-, IP-, EP2-, EP4-Rez.), Serotonin(5HT4-, 5HT7-Rez.), Secretin, VIP, sowie (Teilwirkungen) TRH und TSH.

Gs-aktivierende Botenstoffe (cAMP-Anstieg):


z. T. die gleichen wie vorhin, aber an anderen Rezeptoren.

Acetylcholin (M2-, M4-Rez.), Adenosin (A1-, A3-Rez.), Adrenalin und Noradrenalin (α2-Rez.), Angiotensin II, Chemokine, Dopamin(D2-, D3-, D4-Rez.), GABA (GABAB-Rez.), Glutamat (mGLU2-4-, mGLU6-8-Rez.), Melatonin, Neuropeptid Y, Opioide, Serotonin (5HT1-Rez.), Somatostatin ... .

Gi-aktivierende Botenstoffe (cAMP-Senkung):

9.6.1. Rezeptoren


G-Protein gekoppelt


Kanalgekoppelt


im Cytosol


im Kern


Katalytische Rezeptoren

Inaktive katalytische Domäne

Ligand

Aktive katalytische Domäne


Enzymgekoppelte Botenstoffrezeptoren der Zellmembran

1. Rezeptor - Tyrosinkinasen

2. Rezeptor - Guanylylcyclasen

3. Rezeptor - Serin-Threonin Kinasen

4. Rezeptor Phosphatasen



1. Rezeptor - Tyrosinkinasenoft Autophosphorylierung, dann Phosphorylierung von Tyrosin eines Proteins. Z.B.: Insulinrezeptor, Rezeptor für Wachstumshormon.



• Tyrosinkinasen: 6 Unterfamilien


Abkürzungen:

EGF... epidermal growth factor

IGF-1... insulin-like growth factor

NGF... nerval growth factor

PDGF... platelet-derived* growth factor

M-CSF... macrophage colonystimulating factor

FGF... fibroblast growth factor

VEGF... vascular endothelial growth factor

Membran

* Thrombozyten


2.Rezeptor - GuanylylcyclasenGTP zu cGMP; aktiviert Proteinkinase G

z.B. Rezeptor für atrionatriuretisches Hormon



3. Rezeptor Serin-Threonin Kinasenphosphorylieren Serin und Threonin Reste(z.B. TGF = Transforming Growth Factor)



4. Rezeptor Tyrosin Phosphatasendephosphorylieren Tyrosinrestez.B. T-Zellaktivierung am C45 Rezeptor (Immunsystem)


9.6.1. Rezeptoren


G-Protein gekoppelt


Kanalgekoppelt


im Cytosol


im Kern


Kanalgekoppelte Rezeptoren

Ionen

Ligand

(z. B. Ca++, aktiviert Zielenzym)


• Nikotinerge Acetylcholin-, GABA-, Glycin- und Glutamat Rezeptoren

• Aktivität kann allosterisch durch Steroidhormone moduliert werden

Kanalgekoppelte Rezeptoren


Nikotinerger Acetylcholin-Rezeptor


Nikotinerger Acetylcholin-Rezeptor

9.6.1. Rezeptoren


G-Protein gekoppelt


Kanalgekoppelt


im Cytosol


im Kern

9.6.1.2 Cytosolische Rezeptoren

Hydrophobe SignalePlasmamembran

hydrophobes Signalmolekül

Carrier-Protein im Blut

Cytosolischer Rezeptor

Rezeptor im Kern

Transport in Kern


• im Cytosol:

– Gluco- und Mineralcorticoide

• im Zellkern:

– Thyroxine

– Ecdysteroide

– Sexualhormone

9.6.1.2. Cytosolische RezeptorenEinige Signalmoleküle, die an intrazelluläre Rezeptoren binden können.– klein

– hydrophob

Thyroxin

Östradiol TestosteronCortisol

Retinsäure

Vitamin D3


• Hormone gelangen durch Diffusion in die Zelle

• Steroidhormone: Viele aber nicht alle: membrangängig da lipophil.

Aber: ebenfalls hydrophile!

– Ecdysteroide• erleichterte Diffusion?

• Carrier?


Steroidhormone

Genomischer Effekt:

Transkriptionsfaktor


Steroidhormonrezeptoren:– mit Heatshock-Proteinen assoziiert, dissoziieren

bei Hormonbindung

– Hormon-Rezeptor Komplex erkennt und bindet an spezifische Abschnitte der DNA

– Hormone Responsive Element (HRE) verändert die Transkription.

– Rezeptor wahrscheinlich in allen Zellen derselbe, schaltet aber in verschiedenen Zellen unterschiedliche Gene ein.


Steroidhormonwirkung (Schema):

CytoplasmatischerRezeptor

Hormonbindung verändert

Rezeptorkonformation

Hormon-Rezeptor-Komplex bindet an DNA


Steroidhormonwirkung (Schema):

z. B. Corticosteron

z. B. Östradiol, Progesteron


Drosophila:

Schnelle und langsame Antwort auf Ecdyson(=Steroid-Insektenhäutungshormon)

Schnelle Antwort: 6 neue Hauptorte der RNA-Synthese.Langsame Antwort: Proteine der Primärantwort induzieren RNA-Synthese an ~1000 Stellen, schalten Gene der Primärantwort ab.


Drosophila:

Schnelle und langsame Antwort auf Ecdyson


Mensch:

„testikuläres Feminisierungssyndrom“:

Durch Mutation Änderung in Testosteron-Rezeptoren.

Rezeptor ist immer derselbe, in jeder Zielzelle sind unterschiedliche Gene anschaltbar.


Mensch:

„testikuläres Feminisierungssyndrom“:

Testosteron

Gesunde Männer

Unterschiedliche Zellen antworten unterschiedlich

Männer mit testikuläremFeminisierungssyndrom

Unterschiedliche Zellen (jede mit mutiertem Rezeptor) → keine

Antwort


Steroidhormone

Genomischer Effekt:

Transkriptionsfaktor

Nicht genomischeEffekte


• Membranerkennungsstellen (Carrier?)

• Membranständige Progesteronrezeptoren in Spermien

• Modulation von LigandenabhängigenIonenkanälen (siehe Ach Rezeptor)

• Aldosteron aktiviert einen Na+/H+ Transporter

• Testosteron führt in Osteoblasten zu rascher Erhöhung des intrazellulären Ca++

• Posttranskriptionelle Wirkung (Hemmung der Translation von mRNA)

Nichtgenomische Steroidhormoneffekte

9.7. Mechanismen der Hormonwirkung


1. Einleitung







9.7.1. Mechanismen der Hormonwirkung

9.7.2. Methoden der Hormonforschung


Übersicht:

• Hierarchie von Hormonen

• Störung von Hormonfunktionen

• Regulation der Hormonwirkung

• Wechselwirkung von Hormonen

• Regelkreise und Rückkopplungen

• Modulation der Hormonantwort


Hierarchische Organisation

ReleasingHormone, RH

Hypothalamus

Thyreoliberin(TRH) = TSH-

releasingHormone

Hypophyse

GlandotropesHormon, TH

Thyreotropin = TSH = Thyreoidea-stimulierendes

Hormon

Schilddrüse

(Endhormon EH)

T3/T4


(Vorgriff auf Hormon-Nomenklatur:)

- liberin (freisetzendes Hormon)

- statin (die Freisetzung hemmendes Hormon)

Hierarchische Organisation

Umwelt:

OrganismusRezeptoren

Umweltreize (Photoperide, Temperatur usw.)

Zentralnervensystem

Hormondrüse I. Ordnung

ReleasingHormon

Hormon-spiegel

Hormonspiegel im Blut

Nervöse Impulse, Stoffwechselprodukte,

Syntheseprodukte

Hormondrüse II. Ordnung

glandotropesHormon

Zielorgan

Hormon Hormon

autonome Hormondrüse

+/- nervös

endogene Reize


Vernetzung:• Ein Hormon kann die Signalverarbeitung

eines anderen modifizieren – z. B. Regulation der Rezeptorexpression

(Östrogen erhöht die Anzahl der Rezeptoren für Progesteron)

Wechselwirkung von Hormonen


Betroffenes System: Hormon

Störungen von Hormonfunktionen I

nicht o. zuwenig vorhanden

Defekt eines Gens für ein Peptidhormon oder im Syntheseweg eines Steroid-

hormons; Zerstörung der Hormondrüse (z. B. Autoimmunerkrankung)

EFFEKT URSACHE

verändert Mutation im Gen eines Peptidhormons; veränderter Hormonmetabolismus


Betroffenes System: Hormon

Störungen von Hormonfunktionen II

„blockiert“ Antikörper gegen ein Hormon

EFFEKT URSACHE

Im ÜberschußTumor in hormonproduzierender Drüse;

Defekt im Metabolismus oder Rück-kopplungssystem


Betroffenes System: Rezeptor

Störungen von Hormonfunktionen III

Fehlende Bindung, veränderte

Transaktivierung

Mutation in hormonbindender oder transaktiviernder Domäne

EFFEKT URSACHE

„blockiert“, inaktiv

Antikörper gegen Rezeptor, Mutation in DNA-bindender Domäne oder im Bereich der Signalweiterleitung (Tyrosinkinase, G-

Protein-bindender Bereich)


Antikörper gegen Zelloberflächenrezeptoren des Thereoidstimulierenden Hormons

Thyreoid-stimulierendesHormon (TSH)

AK, die mit TSH Rezeptorreagieren

Gesteigerte GesenkteSynthese und Sekretion des Schilddrüsenhormons


Betroffenes System: Signaltransduktion

Störungen von Hormonfunktionen IV

Fehlende Hormonwirkung Mutation in G-Proteinen

Effekt Ursache

Hyperplasie einer Hormondrüse

Mutation in G-Proteinen, Umwandlung zu einem Onkogen


• Hormonspiegel fällt und steigt z.T. rhythmisch

• Bedarf ist nicht konstant!

Regulation der Hormonwirkung


1. Von außen gesteuerte Oszillationen:– diurnale (Tag-, Nachtrhythmus)

– lunare (menschlicher weiblicher Zyklus)

– annuale Rhythmen (Fortpflanzungszyklus z. B. Auerhahn, Reh)



1. Von außen gesteuerte Oszillationen:

• Oft ist Licht oder eine bestimmte Wellenlänge („Farbtemperatur“) der Zeitgeber.

• Sie synchronisieren oft ganze Lebensgemeinschaften (Tiere und Pflanzen, Chronoendokrinologie)



2. Selbstregulation

Anpassung an den individuellen Bedarf – Lebensalter

– Geschlecht

– aktuelle Lebenssituation

– aktueller physiologischer Zustand



2. Selbstregulation

• Änderung der Hormonkonzentration und

• Änderung der Sensibilität der Zielzellen(z. B. hormoninduzierte Akne, Insulinrezeptoren)

• Zellen können über Enzyme die Wirkung eines Hormons regulieren (Umwandlung von T4 in T3 im Zielgewebe)



• Antagonistische Wirkung:– Glukagon: fördert Freisetzung von

Glucose aus der Leber

– Insulin: fördert die Glykogensynthese in der Leber

• Synergistische Wirkung:– Glukagon und Glukocorticoide erhöhen

den Blutzuckerspiegel

Wechselwirkung von Hormonen


• Regelung– direkt proportional

– indirekt proportional

• Rückkoppelungsmechanismen– negativ (zumeist)

– positiv (selten)


Endokriner Regelkreis

Reglerzentraler Sollwert

Gehirn, HypothalamusSoll-Ist-Vergleich!

Regelstrecke

Hormonkonzentration in der Körperflüssigkeit

Störgrößen

StellgliederHormondrüsen

MeßfühlerHormonkonz.

Hormonwirkung

Stellgrößen

(nerval)

(humoral)

Ist-Wert


Direkt proportionale Regelung:

Glucose-konzentration

im Blut

Insulin-konzentration

Glucose-konzentration

im Blut

Insulin-konzentration

( )Andere Systeme steigern Glucosekonzentration


Indirekt proportionale Regelung:• hohe Substratkonzentration verhindert die

Hormonabgabe

• Parathormon aus Nebenschilddrüse wird erst ausgeschüttet wenn Ca++ im Blut sinkt

Calcium Konzentration

Parathormon-konzentration




Positive Rückkoppelung:• selten

• Antwort verstärkt das ursprüngliche Signal, dies führt zu stärkerer Antwort ...

Signal

Antwort


Positive Rückkoppelung:• Beispiel: Menstruationszyklus:

12.-13. Tag: FSH Östradiol LH

14. Tag: LH Peak: löst Ovulation (=Eisprung) aus


Negative Rückkoppelung:• Das System versucht das Gegenteil der

Störgröße zu erreichen!






Rückkoppelung mit mehreren Hormonen

1. RH fördert TH-Sekretion2. TH fördert

Endhormonsekretion



3. Endhormon hemmt rückläufig RH-Sekretion

4. Erhöhte Hemmung der RH-Sekretion



5. Erniedrigte RH-Konzentration hemmt TH-

Sekretion

6. Erniedrigte TH-Sekretion hemmt Endhormonsekretion



7. Verminderte Endhormonsekretion erhöht

RH-Sekretion

Alternative oder zusätzliche Rückkopplungsschleifen


Endokrines System und Nervensystem in enger Verbindung

• morphologisch: Drüsen von Nerven durchzogen

• Nervensystem: Info von außen: Sehen, Spüren, Temperatur, Geruch...

• Nervensystem: Info von innen: Blutdruck, Wassergehalt, Hunger, Durst...

• Nervenzellen: perzipieren den Hormonstatus


Endokrines System und Nervensystem in enger Verbindung

• Umsetzung der Hormoninformation: an Zielzellen!

• Regulation an den Ursprungszellen!

• Beide Ebenen sind durch das Nervensystem beeinflußbar.

• Hormone ändern bioelektrische Aktivitäten von Nervenzellen


Gemischter Regelkreis:• Verknüpfung nervaler und humoraler

Regelungen

A) erst nervös, dann hormonell

Reflexovulation beim Kaninchen; dann begleitendes Hormongeschehen

B) nerval-hormonelle Korrelation

Fische, Krebstiere: Schnelle Farbanpassung durch Nervensystem ausgelöst, länger anhaltende Farbanpassung durch Hormone.


Gemischter Regelkreis:• Verknüpfung nervaler und humoraler

Regelungen

• Vielfach vermaschte Regelkreise: höhere funktionelle Stabilität


• Hormonmetabolismus– unterschiedliche Konzentration oder

Modifikation (also anderer Ligand)

• Zahl der Rezeptoren

• Rezeptormodifikation– z.B. Phosphoryliert - nicht Phosphoryliert

– wichtig für Wirksamkeit und Transport in den Kern

Modulation der Hormonantwort (Bsp.) I


• Ligandenbindung– Rezeptor ohne Ligand kann gegenteilige

Wirkung haben,

– Phosphorylierung kann ähnliche Wirkung wie Ligandenbindung haben

• Wechselwirkungen mit anderen Rezeptoren oder Proteinen

Modulation der Hormonantwort (Bsp.) II


Steuerungsgrößen:• Äußere Regulationsmechanismen

Circadian / lunar / annual

• Selbstregulation / Bedarfsanpassungen

Wiederholung:


Regulationsort• Drüsenseitig

• Zielseitig– Sensitivität

– Rezeptorzahl

– Hormonveränderung

– Hormonabbau

• peripherer Hormonabbau (z. B. in der Leber)

Wiederholung:


• Histologische Färbungmeist nicht sehr spezifisch, Rückschluß auf Speicherung Synthese und Ausschüttung

• AutoradiografieRadioaktiv markierte Vorstufen

• Immunohistochemische Techniken(Herstellung von spezifischen Antikörpern, markieren mit Fluoreszenzfarbstoff, auf Dünnschnitt aufbringen, sichtbar machen.)


• Radioimmuno-assay

Antigen

Markiertes Antigen

spezifischer Erstantikörper

markierter Erstantikörper


• ELISA:

Enzyme-linked immuno sorbent assay

z.B. Competitiver Assay. Hohe Empfindlichkeit, keine Radioaktivität notwendig.


• ELISA:

Enzym-gekoppelterAntikörper

Farbstoffvorstufen

Farbstoff

Antikörper


1. Ausfallserscheinung nach Entfernen des Organes

2. Durch Substitution, durch Transplantat oder Extrakt muß Ausfallserscheinungverschwinden

3. Das gereinigte oder synthetisierte Produkt muß gleiche Wirkung haben wie natives Hormon

3 Evidenzbeweise für Hormone:


• Beispiele:– Thyreoliberin (Thyreotropin freisetzendes

Hormon) = Thyreotropin releasinghormone = TRH (TRF) = TSH-RH.

– Endungen:

• -liberin: freisetzendes Hormon

• -statin: Freisetzung hemmendes Hormon

Nomenklatur nicht einheitlich!


• Physikalisch: Adiuretin: Blutdruck-steigerung bei Hunden; Kontraktion am Meerschweinchendarm

• Biochemisch: Insulin bei Kaninchen

• Anatomisch: Veränderung der Schilddrüse

• Autoradiografisch: 131J in Schilddrüse

Aktivitätsbestimmung, Hormoneinheiten, Nomenklatur


Aus diesen biologischen Einheiten wurden die internationalen Einheiten (IU) festgelegt:

z.B. 1 IU Oxytocin = 0,002 mg

Aktivitätsbestimmung, Hormoneinheiten, Nomenklatur

Documents

Vorlesungsinhalt 9. Hormone - Lernplattform Biologiezool33.uni-graz.at/.../CrailsheimModulTierphysiologie4.pdf · Hormon 9. Hormone 9A: Allgemeine Endokrinologie: 1. Einleitung 2