Hormone

Hormone

Molekulare Grundlagen Hormone Rezeptoren Second-messenger

Hormonsysteme Wirbeltiere Wirbellose

Krankheiten, die auf hormonellen Dysfunktionen beruhen

Hormone, Transmitter, Modulatoren
 
 
 Transmitter
 wirkt lokal an der Synapse
 


Hormon


wird in das Blutgefäßsystem abgegeben
 


Modulator
 wirkt lokal

Zell-Zell-Kommunikation: Hormone und Pheromone

Hormone werden von spezialisierten Zellen synthetisiert und sezerniert

Auslösung der Exocytose durch Einstrom von Calcium-Ionen

Endokrine und exokrine Drüsen

Exokrine Drüsen entlassen Sekret Über einen Ausführgang auf eine epitheliale Oberfläche

Endokrine Drüsen entlassen ihre Sekrete direkt in die Blutbahn; haben keinen Ausführgang

Sekretion zur Zell-Zell-Kommunikation • Autokrine Sekretion - das freigesetzte Sekret beeinflusst die sezernierende Zelle selbst • Parakrine Sekretion - die freigesetzte Substanz wirkt auf unmittelbar benachbarte Zellen • Endokrine Sekretion - Das Sekret wird in die Blutbahn abgegeben und wirkt auf entfernt liegende Gewebe • Exokrine Sekretion - Das Sekret wird an der Oberfläche des Tieres sezerniert, einschließlich der Oberfläche des Darmes etc.

Hormondrüsen des Menschen

Hormone gehören zu unterschiedlichen Substanzklassen

Hormone können entweder fettlöslich oder fettunlöslich sein - die Rezeptoren sind demzufolge intrazellulär oder membranständig

Hypothalamus und Hypophyse • Das Hypothalamus/Hypophysen System ist das dominierende endokrine System bei Wirbeltieren . • Die Hormone regulieren die Funktion der Schilddrüse, sowie der meisten anderen endokrinen Organe.

Hypothalamus und Hypophyse

Hormonelle Steuerung durch die Hypothalamus/ Hypophysen-Achse

Hypothalamus und Neurohypophyse Magnozelluläre Neurone paraventricular und supraoptische Nuclei sezernieren Oxytocin und Vasopressin direkt in Kapillaren der Neurohypophyse

Posteriore Hypophyse: Neurohypophyse • Neurohypophyse: eine Bildung des Hypothalamus - neuronales Gewebe • Hypothalamische Neurone kommen durch den Hypophysenstiel und terminieren in der Neurohypophyse • Der obere Teil des Hypophysenstiels verknüpft sich mit dem Hypothalamus und wird Eminentia mediana genannt.

Hypothalamus und Adenohypophyse Parvizelluläre neurosekretorische Zellen sezernieren re l e a s i n g fa c to rs i n d i e Kapillaren des hypophysären Portal Systems an der Eminencia mediana, die dann zur Adenohypophyse transportiert werden, um die Sezernierung der Hypophysenhormone zu kontrollieren

Anteriore Hypophyse: Adenohypophyse • Adenohypophyse: verbunden mit dem Hypothalamus über die Superiore hypophyseale Arterie. • Die Adenohypophyse ist eine Vermengung Hormon produzierender Drüsen Zellen. • Sie produziert: Prolactin, Growth hormone (GH), Thyroid stimulating hormone (TSH), Adrenocorticotropic hormone (ACTH), Folliclestimulating hormone (FSH), and Luteinizing hormone (LH).

Glucocorticoide aktivieren die Mobilisierung von Reservestoffen

Der Thyroxin-Titer bestimmt die Metamorphose von Amphibien

Wachstumshormone steuern die Umschaltung von katabolen auf metabolen Stoffwechsel

Glucocorticoide aktivieren die Mobilisierung von Reservestoffen

Signalketten und Rückkopplung

Signalketten und Rückkopplung

Schilddrüse

• Direkt unterhalb des Kehlkopfs. • Follikel Zellen sezernieren T3, T4. • Parafollikulare Zellen sezernieren Calcitonin, das Calcium Spiegel im Blut reguliert

Der Calcium-Haushalt wird durch zwei Hormone reguliert

Das Schilddrüsenhormon Thyroxin wird aus der Aminosäure Tyrosin synthetisiert

Schilddrüsenhormone HORMONE

T4

T3

rT3

RELATIVE POTENCY

+

++++

-

PRODUCTION

PLASMA CONCENTRATION

(µg/day)

(µg/dL)

80- 90

8

4-8 (24)*

2-3 (27) *

BOUND TO PLASMA PROTEINS

(%) 99.95

t½ (days)

6-7

0.3

99.7

1-3

0.04

99.8

0.1

* VALUES IN PARENTHESES INDICATE PERIPHERAL CONVERSION

Schilddrüsenhormone • Schilddrüse sezerniert primär T4, nur etwas T3. • T4 ist an Carrier im Blut gebunden. • Freies T4 und T3. gelangt in die Zellen. • T4 wird in T3 umgewandelt. • T3 bindet NHR. • Heterodimer: – Andere Hälfte ist ein Vitamin A Derivativ (9-cis-retinoic acid).

Schilddrüsenhormone













Ermöglicht normale Zellfunktion und Wachstum Induziert N Retention für Proteinsynthese Erhöht metabolische Rate

Hypothalamus ↓ TRH (Thyrotropin releasing hormone) Hypophyse ↓ TSH (Thyroid stimulating hormone) Schilddrüse ↓ T4 thyroxine T3 thyronine

Schilddrüsenhormone • Schilddrüsenhormon-Defizienz • Im Uterus:

• Cretinismus (Congenital hypothyroidism → geistig minderbemittelt

• In der Kindheit:



• Wachstumsstörungen, ev. CNS Schaden

• In der Pubertät:

• Wachstumsstörungen, ev. CNS Schaden

• Im Erwachsenenalter:

• T3T4 Defizienz → Fettleibigkeit • T3T4 Überfluss → Gewichtsverlust

Die Nebennierenrinde - Stress - Adrenalin

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Die Nebennierenrinde - Unterschiedliche Hormone in unterschiedlichen Regionen

Mineralcorticoide

Glycocorticoide

Adrenalin

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Adrenalin wirkt über spezifische Rezeptoren

different cell responses

Different receptors Epinephrine

Epinephrine

Epinephrine

α receptor

β receptor

β receptor Glycogen deposits

Vessel constricts

Intestinal blood vessel

Vessel dilates

Skeletal muscle blood vessel Different intracellular proteins

Glycogen breaks down and glucose is released from cell Liver cell different cell responses 33

Pankreas - Bauchspeicheldrüse

Pankreas (Bauchspeicheldrüse) • Pankreatische Zellen produzieren Verdauungsenzyme (Lipase und Pankreatische Amylase) • Die Langerhans’schen Inseln produzieren die Hormone Insulin und Glucagon • Fehlfunktionen, früh beginnend (Typ I) Diabetes oder spät beginnend (Typ II) Diabetes

Pankreas (Bauchspeicheldrüse) • Endokrine and Exokrine Funktionen • Exokrine Pancreas: Acinarzellen sezernieren Enzyme in den Darmtrakt • Endokrine Pankreas: Langerhans’sche Insel b Zellen sezernieren Insulin α Zellen sezernieren Glucagon d Zellen sezernieren Somatostatin F Zellen sezernieren Pankreatisches Polypeptid

Insulin Synthese • Produziert von ß-Zellen in Inseln des Pankreas • Produziert als einziges Polypeptid, das proteolytisch verdaut wird • BEIDE, das mature Insulin und das verbindende Peptid (C Peptid) haben biologische Aktivität • C Peptid stimuliert die NO Produktion Endothelialer Zellen • Insulin bindet an Oberflächenrezeptoren auf responsiblen Zellen und vermittelt so die biologischen Effekte

Insulin • Hormon des Essens • Aus dem Pankreas - β Zellen der Langerhans’schen Inseln • Ermöglicht Glukosetransport in Zellen • ↑ Glukoseaufnahme in Gewebe • Wirkt über Glukosetransporter

• Energie • Metabolische Prozesse • ↑ Glykogen Synthese • ↑ Fett Synthese • ↑ Protein Synthese

• Wachstum • Kinder mit schlecht eingestelltem Typ I Diabetes sind oft klein

• Glukagon – Hormon des Fastens (Hungerns)

RESPONSE OF PLASMA INSULIN AND GLUCAGON TO ORAL GLUCOSE

PLASMA GLUCOSE (mg/dL)

180 POOR GLUCOSE TOLERANCE

150 120 90

Plasma glucose NORMAL GLUCOSE TOLERANCE AVERAGE VALUE

plasma insulin

60

Plasma glucagon

BELOW 60 mg/dl METABOLISM

30

IS LIMITED BY GLUCOSE

0

AVAILABILITY

1h

2h

3h

4h

5h

Regulation der Plasma Glukose durch Insulin und Glukagon

Pglucose

Pglucose

GLUCOSE: - SYNTHESIS - MOBILIZATION

PANCREAS

INSULIN

INSULIN

β cell

SECRETION

t½ approx 5 min

PARACRINE INHIBITION OF ISLETS OF LANGERHANS BY INSULIN

GLUCOSE: - UPTAKE

GLUCAGON

GLUCAGON

PANCREAS

t½ approx 10 min

SECRETION

α cell

- UTILIZATION - STORAGE

TARGET TISSUES (liver, muscle, adipose, etc.)

Oberflächenrezeptoren mit Enzymdomänen Familien von Rezeptor-Tyrosinkinasen

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Insulin: Reflexbogen

Figure 22-13: Fed-state metabolism

Insulin Wirkung auf Zellen: 
 Dominiert in satten Status

Figure 22-10: Insulin’s cellular mechanism of action

INSULIN

LIVER

INSULIN

MUSCLE

GLYCOGEN GLYCOGEN +

AFTER

GLUCOSE

MEAL

GLUT4 GLUCAGON

GLUCOSE

GLUCOSE

GLYCOGEN

+ GLUCOSE GL UT 2

AMINO ACIDS

+

AMINO ACIDS

GLUCOSE

GLYCOGEN

FAST

PROTEIN

GLUCOSE

GL UT 2

DURING

+

GLUCOSE-6-P GLUCONEOGENESIS

LATE IN FAST~12-15h

GLUT4

ATP MUSCLE PROTEIN PROTEOLYSIS

AMINO ACIDS

Glucagon Aktion auf Zellen: 
 Dominiert beim Fasten

• Glucagon verhindert Hypoglycämie by ↑ Zellen produzieren Glucose • Leber ist primäres Ziel um den Blutglucose Spiegel zu halten

Glucagon Aktion auf Zellen: 
 Dominiert beim Fasten

Figure 21-14: Endocrine response to hypoglycemia

Molecular mechanisms of insulin signaling.

Insulin Wirkung auf unterschiedliche Organe

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Hormonelle Regulation des Metabolismus LIPOLYSIS

PROTEIN

GLUCOSE

LIVER

PLASMA

DEGRADATION

SYNTHESIS

GLYCOGEN

GLUCOSE

(α-1)

(β)

(β)

INSULIN

CORTISOL

GLUCAGON

GROWTH HORMONE

CATECHOLAMINES

LEPTIN

?

Diabetes Mellitus: Abnorm erhöhte Blutglucose (Hyperglycämie)

Figure 22-15: Acute pathophysiology of type 1 diabetes mellitus

Insulin Defizienz

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Type II Diabetes

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Diabetes Mellitus: Abnorm erhöhte Blutglucose (Hyperglycämie)

Typ 1: ß-Zellen zerstört kein Insulin produziert → chronischer Fasten Status, ”schmelzendes Fleisch", Ketose, Acidose, Diurese & Koma

Diabetes Mellitus: Type II eine Reihe unterschiedlicher Erkrankungen • • • • •

Mehr als 15 Millionen Diabetiker in den USA - 10% Typ I, 90% Typ II Insulin Resistenz hält Blutglucose zu hoch Probleme mit Rezeptoren, Glucagonspiegel Chronische Komplikationen: Artherosclerose, Nierenversagen & Blindheit

Das metabolische Syndrom

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Das metabolische Syndrom

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Leptin ist ein Hormon, das Informationen über die Fettmasse liefert

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Leptin Defizient - Fettleibigkeit

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Leptin ist ein Hormon, das Informationen über die Fettmasse liefert

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Steuerung von Häutung und Metamorphose bei Insekten

Hormone regulieren sehr komplexe Mechanismen

Ecdyson initiiert Häutungen

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Steuerung von Häutung und Metamorphose bei Insekten

Steuerung von Häutung und Metamorphose bei Insekten

Steuerung von Häutung und Metamorphose bei Insekten

Altern und Insulin

Similar survival curves for different animals

Troen et al., 2003

Inactivation of daf-2 in adults extends lifespan

Kenyon et al., 1993: daf-2

Mean lifespan 130% longer than wild-type N2 worms.

The down-regulation of the insulin pathway results in extended lifespan