Das Hormonsystem --- das zweite Steuerungssystem des Körpers

Vergleich  Hormonsystem  -- Nervensystem:
Nervensystem:  Hormonsystem
Geschwindigkeit schnell (bis 100m/s) langsamer (bis 0,5m/s)
Wirkungsdauer kurz länger anhaltend
Informationsweg eigene Nervenbahnen Blutbahn
Wirkungsort Synapsen / postsynaptische Rezeptoren Zielzellen mit Rezeptoren
Steuerzentrale ZNS Zwischenhirn/Hypothalamus
technischer Vergleich "Telefon": direkte, exklusive aber energieaufwendige  Verbindung zwischen Sender und Empfänger "Radio": Meldung an alle, die auf Empfang eingerichtet sind
Gemeinsamkeiten von Hormonen und Transmitter: chemische Botenstoffe
Bindung an spezifische Rezeptoren
Abbau in unwirksame Produkte
Vergleich/ Unterschiede: Transmitter - Hormon
Transmitter Hormon
Bildungsort Endknöpfchen/synaptische Vesikel Drüsen/Gewebe
Wirkungsort Postsynaptische Rezeptoren Rezeptoren der Zielzellen
Reichweite sehr kurz: synaptischer Spalt groß: gesamter Körper
Transport passiv: Diffusion passiv: Blutstrom
Wirkungsdauer sehr kurz (msec) lang anhaltend (min)

Damit ergänzen sich NS und HS in ihrer Wirkung. Dies kann man am besten am Beispiel der Stressreaktion zeigen, wo Adrenalin sowohl als Transmitter als auch als Hormon mitwirkt. s.u.
Hormondefinition:  

Hormone sind chemische Signalstoffe (Botenstoffe), die in Drüsen gebildet, vom Blutstrom im Körper verteilt, von Zielzellen mit Rezeptoren erkannt werden, die sie zu spezifischen Reaktionen veranlassen. 

Hormone sind nicht artspezifisch, aber wirkungsspezifisch.

(Sie wirken in geringsten Konzentrationen, werden in der Leber abgebaut und über die Nieren im Urin ausgeschieden.)
Die Hormondrüsen des Körpers:

Arbeitsblatt
Die wichtigsten Hormone und ihre Wirkungen im Körper

Arbeitsblatt
Über- und Unterfunktion von H.drüsen

Arbeitsblatt
Chemische Einteilung der Hormone

s.u.
Nachweis eines Hormons: (biol.Test)
1)      Entnahme der Drüse Beobachtung der Ausfallerscheinungen
2)      Wiedereinpflanzung (=Reimplantation) (an anderer Stelle !) Ausfallerscheinungen gehen zurück
Deutung: chemischer Botenstoff   à   keine
Nervenbeteiligung                                
3)      Injektion des Drüsenextraktes   Ausfallerscheinungen gehen zurück
Deutung: Extrakt enthält keine lebenden Zellen mehr à  chemischer Botenstoff  à  Hormon
4)      Chemische Isolierung des Hormons aus dem Extrakt wie 3)  à wiederholen Ausfallerscheinungen gehen zurück
5) künstliche Synthese des Hormons
Historische Beispiele: Nachweis einiger Hormone durch den biologischen Test
 Hormone wirken in so geringer Dosis, daß sie chemisch sehr schwer nachweisbar sind à   Nachweis durch ihre biologische Wirkung.
Kastrationsexperimente mit Hähnen siehe Blatt
Schilddrüsenexperimente mit Kaulquappen siehe ABI-Aufgabe
Je mehr Thyroxin, desto schneller verwandeln sich Kaulquappen in Frösche (nicht artspezifisch!)  
Schwangerschaftstest mit Fröschen (Progesteron) Injektion von Schwangeren-Urin in Frösche führt zu Eiablage
Hahnenkammtest   (Testosteron) Quantitative Messung der Zunahme des Hahnenkamms bei Weibchen
Steuerung des Hormonsystems:
Das Hormonsystem ist hierarchisch aufgebaut: Die meisten Hormondrüsen werden über eine dreistufige hierarchische Befehlskette kontrolliert. Das Hormonsystem ist dem Zwischenhirn (Hypothalamus) untergeordnet: Der Hypothalamus steuert die Hypophyse(vorderlappen) HVL (=Steuer-Hormondrüse des Körpers) über (1)Freisetzungshormone (=Releasing-Hormone). Die Hypophyse stimuliert die Hormondrüsen durch (2)Steuerhormone. Die Hormondrüse produziert erst das (3)Hormon, das in den Zielzellen die gewünschte physiologische Wirkung auslöst. Über- bzw. Unterproduktion werden durch Regelkreise mit negativer Rückkopplung vermieden.
Lage der Hypophyse im Kopf:

Skizze Regelkreisschema:

Eine zu hohe bzw. zu niedrige Hormonkonzentration im Blut wird durch negative Rückkopplung vermieden. Ist die Konzentration zu hoch, dann "schaltet das Hormon seine eigene Produktion ab", indem es die Ausschüttung der Releasing-Hormone bzw. der Steuerhormone hemmt. ("Je mehr Hormon, desto weniger RH"). Ist die Hormonkonzentration zu niedrig, dann "schaltet das Hormon seine eigene Produktion an", indem es die Ausschüttung von RH bzw. Steuerhormon fördert. ("Je weniger Hormon, desto mehr RH.")

Chemische Einteilung der Hormone

 Eiweißhormone (Insulin, HVL-Hormone..) keine Tabletten!       Injektion hydrophil
Aminosäureabkömmlinge (Thyroxin,Adrenalin) Tabletten/Injektion Adrenalin=hydrophil
Thyroxin=lipophil
Steroide (Testosteron,Oestrogen,Cortison..) Tabletten/Injektion/Salbe lipophil
Molekulare Wirkung der Hormone:

Hormone sind Botenstoffe, die in Zielzellen eine spezifische Stoffwechsel-Aktivität auslösen. Die "Boten" werden aber von den Zielzellen nur verstanden, wenn in einer "Schlüssel-Schloss-Reaktion" das Hormon mit einem passenden Rezeptor zu einem Hormon-Rezeptor-Komplex reagiert. Dieser Rezeptor befindet sich entweder außerhalb der Zelle auf der Zellmembran oder innerhalb der Zelle im Zellplasma.
Die hydrophilen Hormone (= erster Botenstoff) bleiben außerhalb der Zelle am Rezeptor und veranlassen entweder im Zellinneren die Bildung eines zweiten Botenstoffs, der die Stoffwechseländerung bewirkt, oder sie bewirken eine Änderung der Membrandurchlässigkeit für best. Ionen (oder beides). (z.B. Insulin bewirkt die Aktivierung von Enzymen zum Glykogen-Aufbau; Adrenalin erhöht die Durchlässigkeit für Ca2+-Ionen usw.)
Die lipophilen Hormone gelangen ins Zellinnere und verbinden sich dort zum Hormon-Rezeptor-Komplex. Dieses Rezeptorprotein hat eine doppelte Spezifität: Eine Bindungsstelle für das Hormon und eine Bindungsstelle für einen bestimmten Genabschnitt auf einem Chromosom. Diese Bindungsstelle bewirkt die Aktivierung oder Hemmung eines bestimmten Gens, d.h. die Aktivierung oder Hemmung der Synthese eines Proteins/Enzyms. (z.B. Östrogen schaltet in Eierstock-Zellen eines Huhns die Synthese der Dottereiweiße an.)

Zusammen-
fassung:

Molekulare Wirkung der Hormone:
  • Steuerung der Enzymaktivität (z.B.  Adrenalin, Insulin...)
  • Aktivierung der Enzymsynthese ("An- bzw. Abschalten" von Genen)       (z.B. Cortisol, Thyroxin Testosteron..)
  • Regulierung der Membrandurchlässigkeit (z.B. Insulin..)
Inaktivierung der Hormone: 
Um die Hormonwirkung zeitlich zu begrenzen, müssen Hormone relativ schnell abgebaut werden. Dies geschieht auf verschiedenen Wegen: 
- freie Hormon-Moleküle in der Blutbahn: Abbau in der Leber, Ausscheidung über Niere  (Urinproben bei Hormondoping-Verdacht)
- Hormonmoleküle in Hormon-Rezeptor-Komplexen auf der Zellmembran: Endocytose und lysosomaler Abbau
- Hormone in intrazellulären Hormon-Rezeptor-Komplexen: Enzymatischer Abbau
Übungsfragen:
a) Erklären Sie mit Hilfe des "fluid-mosaic"-Modells der Biomembran die unterschiedliche Durchlässigkeit für Hormone.

b) Die Basedowsche Krankheit beruht auf einer Autoimmunreaktion, bei der Antikörper die Rezeptoren der Schilddrüse besetzen und diese so dauerhaft stimulieren. Welche Krankheitssymptome sind die Folge? Begründen sie mit dem Regelkreis-Schema, wie die Steuerung dadurch blockiert wird. Wie könnte man die Krankheitssymptome verhindern?
Lösungsvorschlag:

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