Hormone

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Epinephrin (Adrenalin), ein Hormon aus der Gruppe der Katecholamine

Ein Hormon ist ein biochemischer Botenstoff, der von speziellen Zellen produziert und in den Körperkreislauf abgegeben wird. Dieser Signalstoff setzt dann an bestimmten Zellen der Erfolgsorgane spezifische Wirkungen oder Regulationsfunktionen in Gang. Der dadurch ausgelöste biologische Prozess stellt einen Spezialfall der Signaltransduktion dar. Chemisch sind Hormone niedermolekulare Verbindungen oder gelegentlich auch Peptide (sogenannte Peptidhormone).

Die Wissenschaft zur Erforschung der Hormone bezeichnet man als Endokrinologie. Entsprechend ist ein Endokrinologe ein Wissenschaftler oder Arzt, der sich mit der Erforschung der Hormone, ihrer Wirkungsweisen und mit Erkrankungen des hormonalen Geschehens beschäftigt. Das Wort Hormon leitet sich ab von altgriech. ὁρμᾶν hormān ‚antreiben, erregen‘.[1]

Geschichte

Bereits in der Gentilgesellschaft wurden verschiedene Organe von Tieren zur Heilung von Krankheiten verzehrt. Ebenfalls stellte man fest, dass im Papyrus Ebers, im Corpus Hippocraticum und in weiteren Werken von römischen und mittelalterlichen Ärzten Abschnitte vorhanden waren, die die Verwendung von Tierorganen zur Behandlung von Krankheiten darstellten (z.B. Tierhoden zur Steigerung der Potenz). Die Entdeckung des Blutkreislaufes erzeugte anschließend die Vorstellung, dass diese Organe spezifische Stoffe produzieren, die im Blut durch den Körper zirkulieren. Dabei unterschied 1830 Johannes Müller zwischen Drüsen mit innerer und äußerer Sekretion. Dies konnte Arnold Adolf Berthold bestätigen, indem er durch eine Hodentransplantation bei Kapaunen eine Endokrine Drüse entdeckte. Die Notwendigkeit dieser Drüsen für das Überleben, wies Charles-Édouard Brown-Séquard durch eine Nebennierenektomie an Versuchstieren nach. Dieser empfahl 1889 auch die Injektion von Hodenextrakten beim Menschen zur Verbesserung des körperlichen und geistigen Wohlbefindens. Diese Extrakte zeigten allerdings keinerlei Wirkung. Dennoch gilt Charles Brown Sequard als der Begründer der Organtherapie. In der Folgezeit wurden weitere Extrakte aus Nebennieren, Schilddrüsen, Ovarien und Stierhoden in die Therapie eingeführt. 1901 wurde das erste Hormon (Adrenalin) entdeckt und drei Jahre später das erste Mal synthetisiert.[2]

Definition

Der Begriff Hormon wurde 1905 von Ernest Starling und William Maddock Bayliss[2] geprägt. Aus dieser Zeit stammt der klassische Hormonbegriff, nach dem Hormone körpereigene Stoffe sind, die aus einer Drüse (glandulär) in den Blutkreislauf (endokrin) abgegeben werden, um in anderen Organen eine spezifische Wirkung zu erzielen (Beispiele: Schilddrüse, Nebennieren, Bauchspeicheldrüse). In Analogie dazu werden bei Gliederfüßern und Weichtieren Botenstoffe als Hormone angesehen, die über die Hämolymphe an ihren Wirkort gelangen. Diese klassische Definition findet bis heute Anwendung, wurde aber vielfach modifiziert und erweitert.

So wurde der Hormonbegriff um aglanduläre Hormone erweitert, die wie klassische Hormone endokrin, aber nicht aus Drüsen freigesetzt werden. Beispiele hierfür sind Calcitriol, Erythropoietin und das atriale natriuretische Peptid sowie Substanzen, die von Nervenzellen produziert und ins Blut abgegeben werden (Neurohormone).[3] Auch körpereigene Stoffe aus spezialisierten Zellen, die nach Abgabe unter Umgehung des Blutwegs direkt im unmittelbar benachbarten Gewebe (parakrin) ihre Wirkung erzielen (Gewebshormone) werden gelegentlich als Hormone bezeichnet.

Anhand ihrer Wirkungsschwerpunkte werden von den Hormonen die Zytokine abgegrenzt, die Wachstum, Proliferation und Differenzierung von Zellen regulieren. Zytokine werden aglandulär von Zellen sekretiert, deren Aufgabe nicht allein in der Sekretion dieses Stoffes besteht, und wirken typischerweise autokrin oder parakrin. Auch Neurotransmitter, die von Nervenzellen über den synaptischen Spalt abgegeben werden um ebenfalls an Nervenzellen ihre Wirkung zu entfalten, werden in der Regel nicht als Hormone bezeichnet.[4]

Allgemeines

Hormone wurden seit den frühen Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts entdeckt; der Begriff Hormon wurde 1905 von Ernest Starling geprägt. Er entdeckte, dass bei der Stimulation durch Salzsäure aus der Darmwand ein Stoff freigesetzt wurde, der die Pankreas-Sekretion anregte (ein Augenzeugenbericht[5] ). Diesen Stoff nannte er Sekretin. Hormone wirken nur auf bestimmte Zielorgane. Nur dort finden sich spezielle Hormonrezeptoren, an welche die Hormonmoleküle binden. Häufig sind diese Rezeptoren Membranproteine, die auf der Zelloberfläche das Hormon binden und auf der Innenseite der Membran nach Hormonbindung Signale auslösen. Einige Hormone (Schilddrüsenhormon, Vitamin D3 und die Steroid­hormone, s. u.) erreichen ihre Rezeptoren erst, wenn sie die Zellmembran durch Diffusion durchdrungen haben. Ihre Rezeptoren liegen im Zytoplasma vor oder im Zellkern. Nach der Bindung von Hormon und Rezeptor aggregieren die Rezeptor/Hormon-Komplexe zu Rezeptordimeren, dringen in den Zellkern und steuern dort die Genaktivierung.

Hormonbildende Zellen

Hormone werden von speziellen hormonproduzierenden Zellen gebildet: Diese befinden sich in Drüsen in der Hirnanhangdrüse (Hypophyse), der Zirbeldrüse, der Schilddrüse, der Nebenniere und in den Langerhans’schen Inselzellen der Bauchspeicheldrüse. Einige Hormone werden auch von Nervenzellen gebildet, diese nennt man Neurohormone oder Neuropeptide. Hormone des Magen/Darm-Traktes finden sich verteilt in den Lieberkühn-Krypten. Zudem werden in der Leber Vorstufen des Angiotensins gebildet. Geschlechtshormone werden von spezialisierten Zellen der weiblichen oder männlichen Geschlechtsorgane gebildet: Theca- und Granulosazellen bei der Frau und Leydig-Zellen beim Mann.

Charakteristisch für die hormonproduzierenden Zellen sind Enzyme, die nur in diesen Zellen vorkommen. Die Freisetzung der Hormone ist individuell für jedes Hormon geregelt. Häufig werden Hormone in der Zelle gespeichert und nach Stimulation durch einen Freisetzungsstimulus freigesetzt. Die Freisetzungsstimuli können z. B. Releasing-Hormone sein (Freisetzungshormone, auch Liberine genannt, siehe unten).

Hormon-Kaskaden

Häufig finden sich hormonelle Achsen:

  • die hypothalamisch-hypophysär-gonadotrope Achse: Das Gonadotropin-Releasing Hormon (GnRH) aus Nervenzellen des Hypothalamus setzt in der Hypophyse die Gonadotropine frei, die wiederum in den Geschlechtsorganen die Bildung von Sexualsteroiden anregen.
  • die hypothalamisch-hypophysär-adrenotrophe Achse: Das Corticotropin-Releasing Hormon (CRH) aus Nervenzellen des Hypothalamus setzt in der Hypophyse das ACTH frei, das in der Nebenniere die Cortisol-Bildung anregt.
  • die hypothalamisch-hypophysär-thyreotrophe Achse: Thyreotropin-Releasing Hormon (TRH) aus Nervenzellen des Hypothalamus setzt in der Hypophyse das Thyrotropin frei, das in der Schilddrüse die Freisetzung des Thyroxin und des Trijodthyronin anregt.

Hormonfreisetzung

Die Hormonfreisetzung (mit Ausnahme der parakrinen Stimulatoren) erfolgt in der Nähe von Blutgefäßen, die viele kleine Fenster haben, durch die Hormone direkt ins Blut übergehen können. Bei auf die Sekretion von Neuropeptiden spezialisierten Stellen spricht man von Neurohämalorganen. Durch die Bindung eines Stimulus für die Hormonfreisetzung kommt es häufig in der Zelle zu einem Anstieg der intrazellulären Calciumkonzentration. Dieser Calcium-Anstieg erlaubt die Fusion der Zellorganellen, in denen sich die vorgefertigten Hormone befinden, mit der Zellmembran. Sobald die Organellenmembran mit der Zellmembran fusioniert ist, haben die Hormone freien Zugang zum Raum außerhalb der Zelle und können in die dort benachbarten Blutgefäße durch die gefensterte Blutgefäßwand wandern.

Beispiele für hormonelle Regulation

Beispiel für einen Rückkopplungsmechanismus

Hormone werden selber:

  1. durch Regelkreise (Rückkopplung, feedback system; in der hypothalamisch-hypophysären-thyreotrophen Achse zum Beispiel unterdrückt das Endprodukt Schilddrüsenhormon (Trijodthyronin) die Bildung des TRH im Hypothalamus und des Thyreotropins aus der Hypophyse.),
    Die Freisetzung der meisten Hormone wird durch negative Rückkopplungen gesteuert, wie beispielsweise die der Glukokortikoide der Nebennierenrinde. Der Hypothalamus setzt das Corticotropin-releasing-Hormon (CRH) frei, das in der Hypophyse die Freisetzung des Adrenocorticotropen Hormons (ACTH) stimuliert (blauer Pfeil +). Dieses stimuliert in der Nebennierenrinde die Bildung und Freisetzung von Kortisol und anderen Glukokortikoiden (blauer Pfeil +). Über das Blut in das Gehirn und die Hypophyse gebracht unterdrückt Kortisol andererseits die Bildung und Freisetzung von CRH und ACTH (rote Pfeile −), wodurch die Kortisolbildung wieder aussetzt.[6]
  2. durch das autonome Nervensystem sowie
  3. durch nichthormonelle chemische Botenstoffe wie zum Beispiel die Kalziumkonzentration oder die Glukosekonzentration im Blut reguliert.

Zur Übersicht über die Hormone siehe auch

Zu weiteren Themen siehe auch

Siehe auch

Literatur

  • Buchner, Elisabeth: Wenn Körper und Gefühle Achterbahn spielen, ISBN 3-934246-00-1
  • Kleine, Bernhard: Hormone und Hormonsystem. Springer Verlag 2007, ISBN 3-540-37702-6
  • Larsen, P. Reed: Williams Textbook of Endocrinology. Saunders, Philadelphia, PA; 10. Auflage 2003
  • Meyer, Ulrich: Die Geschichte der Östrogene. Pharmazie in unserer Zeit 33(5), S. 352–356 (2004), ISSN 0048-3664
  • Munk, Katharina: Grundstudium Biologie – Zoologie. Spektrum Akademischer Verlag (2002), ISBN 3-8274-0908-X
  • Penzlin, Heinz: Lehrbuch der Tierphysiologie. Spektrum Akademischer Verlag (2009), 7. Auflage, ISBN 3-8274-2114-4

Weblinks

Einzelnachweise

  1.  Wilhelm Gemo]]: Griechisch-Deutsches Schul- und Handwörterbuch. G. Freytag Verlag/Hölder-Pichler-Tempsky, München/Wien 1965.
  2. 2,0 2,1  Wolf-Dieter Müller-Jahncke, Christoph Christoph Friedrich, Ulrich Meyer: Arzneimittelgeschichte. 2., überarb. und erw. Aufl Auflage. Wiss. Verl.-Ges, Stuttgart 1. Januar 2005, ISBN 9783804721135, S. 87f.
  3.  Kacsoh, Balint: Endocrine physiology. McGraw-Hill, Health Professions Division, New York 2000, ISBN 0-07-034432-9.
  4.  Peter Karlson, Detlef Doenecke, Jan Koolman, Georg Fuchs, Wolfgang Gerok: Karlsons Biochemie und Pathobiochemie. Georg Thieme Verlag, 2005, ISBN 3133578154, Hormone und hormonähnliche Signalstoffe, S. 517-582.
  5. C. J. Martin: ERNEST HENRY STARLING, C.M.G., M.D., F.R.S. In: British medical journal. Band 1, Nummer 3462, Mai 1927, S. 900–906, ISSN 0007-1447. PMID 20773196. PMC 2454704 (freier Volltext).
  6.  P. H. Raven, G. B. Johnson: Biology. 5. Auflage. McGraw-Hill Companies, Boston 1999, S. 1058.


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