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

Ein Hormon (griech. ὁρμάω hormáō „antreiben“) ist ein biochemischer Botenstoff.

Hormone übermitteln innerhalb eines Lebewesens Informationen von einem Organ zum anderen oder von einem Gewebe zum anderen, ähnlich wie es auch Nerven tun. Im Vergleich erreichen die durch Nerven vermittelten Informationen sehr schnell ihr Zielorgan, während der Informationsfluss durch Hormone vergleichsweise langsam von statten geht. Dabei sind die Zeiträume von der Hormonausschüttung bis zur Hormonwirkung je nach Hormon sehr unterschiedlich, einige Hormone wirken sehr schnell (z. B. Adrenalin), während die Wirkung von anderen Hormonen wie z. B. Steroidhormonen erst nach Stunden einsetzt.

Hormone bei Tieren werden durch das Blut oder bei Insekten, Krebsen oder Schnecken mit der vergleichbaren Hämolymphe zu ihren Zielorganen transportiert. Das ist das Wesen der endokrinen Wirkung. Gewebshormone, die im selben Organ gebildet werden und wirken, sind dagegen parakrine Stimulatoren.

Inhaltsverzeichnis

Allgemeine Einführung

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[1]). 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 Genaktivierung.

Hormonbildende Zellen

Hormone werden von speziellen Hormonproduzierenden Zellen gebildet: Diese finden sich in Drüsen, in der Hirnanhangdrüse (Hypophyse), der Zirbeldrüse, der Schilddrüse, der Nebenniere, 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 Krypten. Zudem werden in der Leber Vorstufen des Angiotensins gebildet. Geschlechtshormone werden von spezialisierten Zellen der weiblichen oder männlichen Geschlechtsorgane gebildet: Theca- und Granulosa-Zellen 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 Freisetzungshormone (Releasing-Hormone) sein, Liberine, siehe unten.

Endokrine Kaskaden: Hypothalamisch-Hypophysäre Achsen

Häufig finden wir hormonelle Achsen:

  • die hypothalamisch-hypophysär-gonadotrophe 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 Kortisol-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 Tyroxin 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.

Hormonähnliche Stoffe

  • Die bei Pflanzen vorkommenden Hormone werden als Phytohormone bezeichnet. Sie teilen mit den tierischen Hormonen die Eigenschaft, Signalwirkung über eine größere Distanz zu entfalten und in geringen Konzentrationen wirksam zu sein.
  • Die bei Tieren vorkommenden Pheromone sind Botenstoffe zwischen Individuen. Sie sind nicht an den Organismus gebunden, in dem sie gebildet wurden und können über große Distanzen signalisieren.

Endokrinologie

Die Wissenschaft, die sich mit der Erforschung der Hormone befasst, ist die Endokrinologie. Ein Wissenschaftler oder Arzt, der sich mit der Erforschung der Hormone, ihrer Wirkungsweisen und mit Erkrankungen des hormonalen Geschehens beschäftigt, wird als Endokrinologe bezeichnet.

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 corticotropin-releasing-Hormon (CRH) frei, das in der Hypophyse die Freisetzung von adrenocortocotrophes Hormone (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.[2]
  2. durch das autonome Nervensystem sowie
  3. durch nichthormonelle chemische Botenstoffe wie zum Beispiel die Kalziumkonzentration oder die Glukosekonzentration im Blut reguliert.

Einteilung nach chemischer Klassifikation

  • Protein/Peptid-Hormone bei Vertebraten, nicht beim Menschen gefunden
    • bei Lurchen
      • Caerulein

Einteilung nach Herkunft

Es gibt spezielle Hormondrüsen, in denen hormonbildende Zellen im engen Verbund zusammenhängen. Viele Hormone werden aber von Zellen gebildet, die nicht ausschließlich mit hormonbildenden Zellen im Verbund stehen. So liegen die Zellen, die Gastrin bilden, vereinzelt in den Liebermann’schen Krypten des Magens vor. Ähnlich ist es mit den Zellen für die Hormone Cholezystokinin, Sekretin oder Somatostatin in der Darmwand.

Entscheidend für die Hormonproduktion ist nicht die äußere Umgebung einer Zelle, sondern die Ausrüstung innerhalb mit den charakteristischen Enzymen.

  • Spezialisierte Hormondrüsen
    • Hypophyse
      • Hypophysen-Vorderlappen, die Adenohypophyse): Hier werden LH/FSH, ACTH, Prolaktin, GH und TSH gebildet.
      • Hypophysen-Hinterlappen, Neurohypophyse): Diese ist keine Hormondrüse im eigentlichen Sinne, da hier die Hormone Oxytozin und Vasopressin (Adiuretin) an Nervenenden ausgeschüttet werden, wobei die Nervenzellkerne sich im Hypothalamus befinden und deren Nervenbahnen durch den Hypophysenstiel laufen.
    • Zirbeldrüse: Bildung des Hormons Melatonin
    • Schilddrüse: Bildung des Schilddrüsenhormons
    • Nebenniere: Bildung von Aldosteron (Mineralokortikoid), Androgenen (Androstendion) und Adrenalin (Epinephrin).
    • Inselzellen in der Bauchspeicheldrüse: Bildung von Insulin, Glukagon, Somatostatin und Pankreatischem Polypeptid
  • Neurohormone, die von Neuronen im ZNS produziert werden.
    • Hypothalamische Neuropeptide: Bildung von GnRH, CRH, TRH oder GHRH: Speicherung an den Nervenenden in der Eminentia mediana; Bildung von Oxytozin und Vasopressin (Adiuretin), Speicherung an den Nervenenden in der Neurohypophyse; Bildung von NPY, GHrelin, Agouti-ähnlichem Peptid
  • Gewebe mit Hormonbildenden Zellen:
    • Haut: Bildung von Vitamin D3 durch Bestrahlung von 7-Dehydrocholesterin mit UV-Licht
    • Herz: Bildung des Atrial-Natriuretischen Peptides durch Muskelzellen (Myozyten) des rechten Herzvorhofes
    • Leber: Bildung des Angiotensinogen, des Vorläufers des Angiotensin, Bildung von Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktoren (IGF)
    • Magen- und Darmtrakt: Bildung von Cholezystokinin, Gastrin, Sekretin, GHrelin aus einzeln in die Magen- oder Darmwand verteilten endokrinen Zellen.
    • Gonaden
      • Hoden: Bildung von Testosteron (und Östradiol) durch die Leydig-Zellen, von Inhibin und Aktivin
      • Ovarien: Bildung von Testosteron durch Theka-Zellen und durch Östradiol durch Granulosa-Zellen, Bildung von Inhibin und Aktivin
  • Weitere Organe mit Steuerungsfunktion bestimmter endokriner Regelkreise
    • Niere: Die Zellen des juxtaglomerulären Apparates setzen bei erniedrigtem Blutdruck das Enzym Renin frei, das das Angiotensinogen aus der Leber zum Angiotensin I spaltet.
    • Lunge: Hier wird das Angiotensin I durch das Angiotensin-konvertierende Enzym (ACE) zum wirksamen Angiotensin II verkürzt.

Biochemische Eigenschaften

Man unterscheidet zwischen zwei Arten von Hormonen:

  • Lipidunlösliche Hormone (Peptide):
    Diese Substanzen können wegen ihrer Lipidunlöslichkeit die Zellmembran nicht passieren. Stattdessen binden sie sich an spezifische membrangebundene Rezeptoren der Zielzellen. Zusammen mit dem Rezeptor wird ein Hormon-Rezeptor-Komplex gebildet. Der Rezeptor aktiviert ein Enzym, welches ATP in cyclisches AMP (cAMP, ein Second Messenger) umwandeln kann. Das cAMP bindet an einen hemmenden Proteinanteil, welches wiederum an ein anderes Enzym im Cytoplasma gebunden ist und dieses Enzym vorläufig deaktiviert. Durch die Bindung von cAMP an den hemmenden Proteinanteil wird dieser vom Enzym getrennt. Das Enzym wird dadurch aktiviert und bewirkt seinerseits bestimmte Stoffwechselprozesse in der Zelle.
  • Lipidlösliche Hormone (Steroide):
    Diese Substanzen können aufgrund ihrer Lipidlöslichkeit durch die Zellmembran in die Zelle eindringen. Der Stoff bindet im Cytoplasma an spezifische Rezeptoren und bildet ein Hormon-Protein-Komplex. Dieser Komplex hat, im Gegensatz zum ursprünglichen Hormon, die Fähigkeit, durch die Zellkernmembran zur DNA zu gelangen. Es werden nun spezifische Gene aktiviert, es kommt zur Proteinbiosynthese.

Steroidhormone stammen alle vom Cholesterin ab und werden in den Mitochondrien, mittels Enzymen aus Cholesterin gebildet. Hierbei wird immer erst ein Gestagen gebildet aus dem dann ein Glucocorticoid, ein Mineralocorticoid oder ein Androgen gebildet wird. Aus Androgenen werden Estrogene gebildet. Diese Reihenfolge ist starr, d. h. es kann aus einem Gestagen nicht sofort ein Estrogen gebildet werden. Aus diesem Grund nennt man Steroidhormone auch Precurser-Hormone.

Eine spezielle Gruppe von Hormonen sind die trophischen Hormone, die andere Hormondrüsen zur Produktion anregen. So regt das Thyroidea stimulierende Hormon (TSH) das Wachstum und die Aktivität der Schilddrüse an.

Hunger-Hormone:

Liste von pflanzlichen Hormonen

Hormone in der Umwelt

Besondere Aufmerksamkeit verdient die Tatsache, dass Hormone zunehmend in die Umwelt eingetragen werden und später über die pflanzliche und tierische Nahrungskette in ungünstiger und unkontrollierter Dosierung vom Menschen wieder aufgenommen werden. Ein Beispiel sind die Hormone der Anti-Baby-Pille, die von Kläranlagen nicht erkannt und gefiltert werden. Sie werden mit dem „sauberen“ Wasser in die Flüsse eingeleitet.

Da die Kläranlagen auf den Medikamenteneintrag nicht ausgelegt sind, gelangen Medikamente und ihre Rückstände fast ungehindert über die Oberflächengewässer auch wieder ins Trinkwasser. Mehr als 180 der 3000 in Deutschland zugelassenen Wirkstoffe lassen sich in deutschen Gewässern nachweisen: Von Hormonen und Lipidsenkern über Schmerzmittel und Antibiotika bis hin zum Röntgenkontrastmittel.[3]

Auch bestimmte Schadstoffe wie beispielsweise DDT, PCB, PBDE oder Phthalate wirken wie Hormone und beeinflussen etwa die immer früher einsetzende erste Monatsperiode bei Mädchen.

Siehe auch

Quellen

  1. C.J. Martin (Br.Med.J. I 900–906; 1927
  2. Raven, PH; Johnson, GB. Biology, Fifth Edition, Boston: McGraw-Hill Companies, Inc. 1999. Seite 1058.
  3. Meißner, Marc, Arzneimittel in der Umwelt: Natur als Medikamentendeponie, Dtsch Arztebl 2008; 105(24): A-1324

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


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