Hormone

Ohne die hormonelle Form der Informationsweiterleitung wäre ein sinnvolles Zusammenwirken der Zellen in einem Organismus nicht möglich. Die Hormone koordinieren als Signalübermittler den Stoffwechsel, das Wachstum, die Reproduktion und viele weitere Vorgänge im Körper. Dabei liegen wichtige Botenstoffe in sehr geringer Konzentration im Blut vor. Doch bereits diese geringe Konzentration an Hormonen genügt zur Entfaltung ihrer Wirkung.

Hormone – Formen der Hormonsekretion

Hormone können auf verschiedene Weisen abgegeben werden und ihre Zielzelle erreichen. Hierbei gibt es folgende Möglichkeiten:

1. Endokrine Sekretion
2. Parakrine Sekretion
3. Autokrine Sekretion

1. Endokrine Sekretion

Bei der endokrinen Sekretion werden Hormone von Hormondrüsen gebildet und erreichen ihre Zielzellen über die Blutbahn. Die sezernierten Hormone werden als glanduläre Hormone (lateinisch: glandula = Drüse) bezeichnet. Die Sekretion erfolgt hierbei in den meisten Fällen aber nicht kontinuierlich, sondern stoßweise (pulsatil) und folgt einem bestimmtem biologischen Rhythmus (zirkadianer Rhythmus).

2. Parakine Sekretion

Bei der parakrinen Sekretion werden die Hormone an die Zellen des Nachbargewebes abgegeben. Daher bezeichnet man auf diese Weise sezernierte Hormone auch als Gewebshormone. Sie werden im Gegensatz zu den glandulären Hormonen in der Regel auch nicht durch Hormondrüsen gebildet, sondern in besonderen Einzelzellen. Zu den Gewebshormonen zählen zum Beispiel die Prostaglandine. Sie werden in verschiedenen Körperzellen gebildet und führen bei Entzündungen zu Schmerzen. Durch Acetylsalicylsäure, einem Wirkstoff in Schmerzmitteln, können sie in ihrer Synthese gehemmt werden.

3. Autokrine Sekretion

Bei der autokrinen Sekretion wirkt das gebildete Signalmolekül auf die hormonproduzierende Zelle selbst. Das ist zum Beispiel bei Insulin der Fall, denn die insulinproduzierenden B-Zellen der Bauchspeicheldrüse besitzen Insulinrezeptoren und können daher selbst auch von Insulin beeinflusst werden. In der Regel sind es aber nicht glanduläre Hormone, die autokrin sezerniert werden. Stattdessen sind es zum Beispiel Wachstumsfaktoren, die auf die Zelle wirken, die sie produziert hat. Diese Eigenschaft von Wachstumsfaktoren ist wichtig für die Gewebedifferenzierung im Rahmen der Embryonalentwicklung.

Hormone – Einteilung

Man kann Hormone anhand verschiedener Eigenschaften einteilen:

• Einteilung der Hormone anhand ihrer Sekretionsmodi:Autokrine, parakrine und endokrine Sekretion (wie im obigen Abschnitt besprochen).
• Einteilung der Hormone in glanduläre und aglanduläre Hormone:Glanduläre Hormone, zum Beispiel das Insulin, werden von endokrinen Drüsen hergestellt. Aglanduläre Hormone hingegen werden in speziellen, endokrin aktiven Einzelzellen gebildet. Hierzu zählt unter anderem das Gastrin, welches von den G-Zellen des Magens gebildet wird.
• Einteilung der Hormone anhand ihrer chemischen Eigenschaften.

Hormone – Eigenschaften

Nicht alle Hormone weisen einen ähnlichen Aufbau und die gleichen chemischen Eigenschaften auf. Stattdessen können sie in ihrer Struktur stark variieren.

Daher werden Hormone anhand ihrer Reaktion mit Wasser in

• hydrophile (wasserlösliche) Hormone und
• lipophile (fettlösliche) Hormone

eingeteilt.

Hydrophile Hormone – Peptidhormone

Peptidhormone bestehen aus einzelnen Aminosäuren und sind wasserlöslich. Daher können sie in den Vesikeln von Zellen (von Membran umgebene Bläschen) gespeichert werden. Der Abbau dieser Art von Hormonen erfolgt im Blutplasma und in den Nieren, in dem die Hormone durch bestimmte Enzyme abgebaut werden.

Zu den hydrophilen Hormonen gehören unter anderem

• Insulin
• Vasopressin
• Glukagon
• Somatotropin

Lipophile Hormone – Steroidhormone und Schilddrüsenhormone

Steroidhormone leiten sich vom fettlöslichen Cholesterin ab und sind daher auch selbst fettlöslich. Da die Membran von Speichervesikeln solche lipophilen Substanzen einfach durchlassen würde, können Steroidhormone kaum gespeichert werden. Der Abbau von Steroidhormonen erfolgt in der Leber.

Zu den Steroidhormonen gehören unter anderem:

• Testosteron
• Cortisol
• Östrogene.

Auch die Hormone der Schilddrüse (Triiodthyronin und Thyroxin) sind lipophil, gehören aber nicht zu den Steroidhormonen, da sie aus Aminosäuren aufgebaut sind und sich nicht vom Cholesterin ableiten.

Die chemischen Eigenschaften der Hormone sind auch wichtig bezüglich ihres Wirkungsmechanismus. Denn nur fettlösliche Hormone können die lipophile Zellmembran durchdringen, während Peptidhormone die Zellmembran aufgrund ihrer Hydrophilie nicht passieren können.

Hormone – Wirkung

Wie bereits erwähnt, gelangen endokrine Hormone über die Blutbahn zu ihrem Zielorgan. Um ihre Wirkung dort zu entfalten, binden die Hormone an Rezeptoren. Je nachdem, ob es sich um ein wasserlösliches oder ein lipophiles Hormon handelt, befindet sich der Hormonrezeptor auf der Zelloberfläche (bei hydrophilen Hormonen) oder innerhalb der Zelle (bei lipophilen Hormonen). Innerhalb der Zelle kann der Rezeptor sich entweder im Zytoplasma oder im Zellkern befinden.

Bei den hydrophilen Hormonen kommt es in Folge der Bindung des Hormons an den zellmembranständigen Rezeptor zu einer Konformationsänderung des Rezeptors. Damit die Information auch in die Zelle gelangt, löst die Konformationsänderung im Zellinneren eine Art Kettenreaktion aus, bei der Second Messenger eine wichtige Rolle spielen.

Ein Beispiel für diese Art der Signalweiterleitung findet man bei dem Peptidhormon Glukagon. Es nutzt als Second Messenger cyclisches Adenosinmonophosphat, kurz cAMP. Dazu bindet Glukagon an einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor, der in Folge der Bindung seine Konformation ändert. Wie der Name G-Protein-gekoppelter Rezeptor bereits sagt, ist an dem Rezeptor ein sogenanntes G-Protein gekoppelt. Dieses G-Protein wird durch die Konformationsänderung aktiviert und regt das Enzym Adenylatcyclase an.

Dieses Enzym bildet dann aus ATP das cAMP. Als Reaktion auf die Erhöhung des cAMP-Spiegels innerhalb der Zelle wird die Proteinkinase A aktiviert. Die Proteinkinase A aktiviert im Falle von Glukagon dann das Enzym Glykogenphosphorylase, welches den Glykogenabbau stimuliert. Auf diese Weise setzt Glukagon also seine Wirkung als Hormon für den Zuckerabbau um.

Lipophile Hormone können im Gegensatz zu den hydrophilen Hormonen die Membranen der Zelle ungehindert passieren und benötigen deswegen keinen Second Messenger. Bei den lipophilen Hormonen bilden die Hormone zusammen mit den Rezeptoren Komplexe aus, welche im Zellkern auf die Transkription und die Translation wirken und so die Genexpression beeinflussen.

Das ist zum Beispiel beim Testosteron der Fall, welches an den Androgenrezeptor im Zellkern bindet. Der bei der Bindung entstehende Komplex wirkt als Transkriptionsfaktor und nimmt so Einfluss auf die Synthese bestimmter Proteine.

Hormone – Beispiel und Funktionen

Hormone sind nicht nur chemisch vielfältig, sondern auch im Hinblick auf ihre Aufgaben:

• die Adaption des Organismus an wechselnde Umweltbedingungen
• die Regulation des Wachstums
• die Fortpflanzung
• die Elektrolyt- beziehungsweise der Wasserhaushalt
• der Stoffwechsel.

Wachstumshormon

Das Wachstumshormon wird auch als Somatotropin bezeichnet. Es ist ein Peptidhormon, welches das Wachstum von verschiedenen Geweben wie Knochen und Muskulatur beeinflusst. Außerdem stellt es Energie bereit, indem es den Blutzucker erhöht und den Fettabbau anregt. Dabei fördert es gleichzeitig den Aufbau von Eiweißen.

Schilddrüsenhormone

Die Schilddrüse produziert im Wesentlichen drei Hormone:

• Thyroxin (T4)
• Triiodthyronin (T3)
• Calcitonin.

Dabei gelten die ersten beiden Hormone als Schilddrüsenhormone im klassischen Sinne. Denn im Gegensatz zum Calcitriol werden sie von den Thyreozyten (Epithelzellen der Schilddrüse) gebildet, während Calcitonin von den C-Zellen hergestellt wird und sich auch in Funktion und Aufbau deutlich von T3 und T4 unterscheidet.

Die Aufgabe der Schilddrüsenhormone ist die Steigerung des Grundumsatzes. Sie erhöhen die Atem- und Herzfrequenz, mobilisieren Fettreserven und steigern die Resorption von Kohlenhydraten im Rahmen der Verdauung.

Hormone der Nebennieren

Auch die Nebenniere produziert mehrere wichtige Hormone. Dabei unterscheidet man jene, die im Nebennierenmark gebildet werden von jenen, deren Synthese in der Nebennierenrinde erfolgt:

• Im Nebennierenmark werden gebildet:
  • Adrenalin
  • Noradrenalin
  • Dopamin.

• In der Nebennierenrinde werden gebildet:
  • Glukokortikoide (Kortisol)
  • Aldosteron
  • Androgene.

Die Katecholamine Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin sind besondere Hormone, da sie als Neurotransmitter eine Verbindung zwischen dem Hormon- und dem Nervensystem herstellen. Sowohl im zentralen Nervensystem, als auch im vegetativen Nervensystem sind sie beteiligt an der Weiterleitung von Reizen von Nervenzelle zu Nervenzelle. Als Stresshormone werden sie im Rahmen der Stressreaktion ausgeschüttet und bewirken unter anderem eine Erhöhung der Herzfrequenz.

Die Hormone der Nebennierenrinde sind Steroidhormone. Das Cortisol ist auch ein Stresshormon. Es wirkt immunsuppressiv (es unterdrückt das Immunsystem), weswegen man es in synthetisch hergestellter Form in der Medizin beispielsweise nach Organtransplantationen einsetzt. Aldosteron ist wichtig für die Rückresorption von Natrium und Wasser in der Niere und auf diese Weise auch beteiligt an der Regulation des Blutdrucks. Die Androgene sind die männlichen Sexualhormone.

Pancreashormone

Zu den Hormonen des Pancreas gehören:

• Glukagon
• Insulin
• Somatostatin.

Insulin und Glukagon sind die zentralen Hormone für die Regulation des Blutzuckerspiegels. Dabei verhalten sich die beiden Hormone als Gegenspieler zueinander: Insulin senkt den Blutzuckerspiegel, während Glukagon ihn erhöht. Das Somatostatin entfaltet seine Wirkung, indem es die Ausschüttung des Wachstumshormons Somatotropin hemmt.

Gonadenhormone

Zu den wichtigsten Gonadenhormonen, also Hormonen der Keimdrüsen (Hoden und Eierstock), gehören die folgenden Sexualhormone:

• Östrogen
• Progesteron
• Testosteron.

Sie alle gehören zu den Steroidhormonen. Die Wirkungen von Östrogen sind vielfältig. Östrogene sind wichtig für die Steuerung des weiblichen Zyklus, sie beeinflussen das Brustwachstum und vieles mehr. Das Progesteron spielt eine wichtige Rolle für die Einnistung befruchteter Eizellen in die Gebärmutterschleimhaut und für die Aufrechterhaltung der Schwangerschaft.

Testosteron ist unter anderem relevant für die Ausbildung der männlichen Geschlechtsorgane, die Bildung der Spermien und für den Muskelaufbau.

Hier siehst du eine kurze Übersicht wichtiger Hormone und ihrer Funktion.

Wo werden Hormone gebildet?

Die Bildung von Hormonen im engeren Sinne erfolgt in endokrinen Drüsen (Hormondrüsen). Diese Drüsen liegen verteilt im ganzen Körper. Damit die Abgabe an das Blut erfolgen kann, müssen diese Drüsen gut vaskularisiert (durchblutet) sein.

Hypophyse

Die Hypophyse wird im Deutschen auch als Hirnanhangsdrüse bezeichnet.

Sie lässt sich in drei Bereiche untergliedern:

1. Hypophysenvorderlappen (Adenohypophyse)Die Adenohypophyse produziert eine Vielzahl von Hormonen wie das Somatotropin, welches als Wachstumshormon bekannt ist.
2. Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse)In der Neurohypophyse werden die Hormone Oxytocin (das „Kuschelhormon“) und Vasopressin, welches an der Wasserrückresorption in der Niere beteiligt ist, gespeichert. Gebildet werden die beiden Hormone aber im Hypothalamus.
3. HypophysenzwischenlappenIm Hypophysenzwischenlappen werden Melanotropine gebildet, welche Einfluss auf die Melaninsynthese nehmen.

Schilddrüse

Die Funktion der Schilddrüse liegt allein in der Hormonsynthese. Sie liegt vor der Luftröhre und bildet die Hormone Triiodthyronin (T3), Thyroxin (T4) sowie das Calcitonin. Für die Synthese von T3 und T4 wird Iod benötigt. T3 und T4 werden in der Schilddrüse in Follikeln gespeichert und ihre Ausschüttung wird durch das von der Hypophyse gebildete TSH stimuliert.

Nebenschilddrüse

Die Nebenschilddrüsen sind kleine Hormondrüsen seitlich der Schilddrüse. Man unterscheidet auf beiden Seiten jeweils eine innere und eine äußere Nebenschilddrüse. Sie produzieren das Parathormon. Dieses Hormon spielt eine wichtige Rolle im Calciumstoffwechsel, da unter seinem Einfluss Calcium mobilisiert wird.

Nebennieren

Eines der bekanntesten Hormone ist das Adrenalin. Es wird im Mark der Nebennieren synthetisiert, wodurch es seinen Namen erhalten hat. Denn Adrenalin setzt sich zusammen aus den lateinischen Wörter ad und ren und bedeutet soviel wie „an der Niere”. Die Nebennieren sind Hormondrüsen, die unmittelbar bei den Nieren liegen. Neben dem Adrenalin und Noradrenalin produzieren sie in ihrer Rinde Steroidhormone wie das Cortisol. Das Nebennierenmark kann man aufgrund seiner Entwicklungsgeschichte auch als Ganglion des Sympathikus betrachten, bei dem die Axone der Nervenzellen zurückgebildet wurden.

Gonaden

Die Gonaden sind die Keimdrüsen. Die männlichen Keimdrüsen sind die Hoden, die weiblichen Keimdrüsen die Eierstöcke. Neben ihrer Funktion als Produktionsort der Keimzellen (Spermien und Eizellen) findet hier auch die Synthese der oben besprochenen Sexualhormone statt.

Pankreas

Die Bauchspeicheldrüse, auch das Pankreas genannt, besitzt einen endokrinen und einen exokrinen Anteil:

• Der exokrine Anteil des Pankreas ist für die Sekretion von Verdauungsenzymen in den Darm verantwortlich.
• Der endokrine Anteil, genauer gesagt die Langerhans-Inseln des Pankreas, ist unter anderem für die Hormone Glukagon und Insulin verantwortlich . Diese sind wichtig für die Regulation des Blutzuckerspiegels.

Tumore, die aus Hormondrüsengewebe hervorgehen, bezeichnet man als endokrine Tumore. Manchmal produzieren auch die Zellen solcher Tumore Hormone. Bei Morbus Cushing beispielsweise liegt ein Adenom in der Hypophyse vor, welches für einen Überschuss an dem Hormon Adrenocorticotropin sorgt. Dieses ACTH stimuliert die Ausschüttung des Stresshormons Cortisols in der Nebenniere. Die vermehrte Produktion von Cortisol führt wiederum zu Symptomen, zu denen Gewichtszunahme und Bluthochdruck gehören.

Hormone – Störung Hormonhaushaut

Neben der absichtlichen Beeinflussung des Hormonhaushaltes zum Beispiel durch die Antibabypille gibt es auch viele Faktoren, die den Hormonhaushalt ungewollt negativ durcheinander bringen können.

Oft ist für eine Hormonstörung entweder eine Über- oder eine Unterproduktion verantwortlich. Eine Überproduktion von Hormonen findet zum Beispiel bei einer Hyperthyreose, einer Schilddrüsenüberfunktion, statt. Diese Erkrankung kommt recht häufig bei Menschen vor, aber auch Katzen sind oft betroffen. Durch die Überproduktion von Schilddrüsenhormonen entstehen bei Betroffenen Symptome wie Hyperaktivität, Herzrasen, herabgesetzte Hitzetoleranz und Gewichtsverlust bei gesteigertem Appetit.

Hunde neigen im Gegensatz zu Katzen eher zur Schilddrüsenunterfunktion, also einer Hypothyreose. Auch diese Schilddrüsenstörung findet sich nicht selten bei Menschen. Hier sind die Symptome genau gegenteilig zu denen einer Überfunktion. Bei der Erkrankung zeigen sich Lethargie, verlangsamter Herzschlag, erhöhte Kälteempfindlichkeit und Gewichtszunahme.

Signalübertragung im Körper – Nervensystem versus Hormonsystem

Nicht nur das Hormonsystem ist zuständig für die Interaktion zwischen Zellen und Organismen. Neben dem Hormonsystem ist auch das Nervensystem verantwortlich für die Signalübertragung zwischen Zellen. Die beiden Systeme weisen zum Beispiel im Hypothalamus Schnittstellen auf, funktionieren aber gänzlich anders.

Denn während das Nervensystem Nervenbahnen zur Kommunikation benutzt, erfolgt die hormonelle Signalübertragung über die Blutbahn. Dabei erfolgt die elektrische Reizweiterleitung über die Nerven in der Regel sehr schnell, wohingegen Hormone im Allgemeinen eher langsam ihre Zielzelle erreichen, aber dafür langfristigere Effekte erzeugen. Es gibt aber auch Hormone, wie das Adrenalin, welche ihre Wirkung schnell entfalten.