Hormone

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Einleitung

Hormone, Substanzen, die beim Menschen, bei Tieren und Pflanzen wichtige Lebensprozesse des Organismus regulieren.

Zu diesen Prozessen gehören Wachstum und Zelldifferenzierung (siehe Entwicklungsbiologie), Aufrechterhaltung eines Stoffwechselgleichgewichts und Fortpflanzung. Bei Menschen und Tieren werden Hormone in endokrinen Drüsen produziert (siehe endokrines System). Diese geben das Sekret entweder direkt oder über Drüsengänge ins Blut. Es gibt viele verschiedene Hormone, die alle eine sehr spezifische Funktion haben. Sie stehen in einem fein austarierten Gleichgewicht und entfalten ihre Wirkung schon bei kleinsten Konzentrationen. Der Transport der Hormone findet über die Blutbahn statt. Er ist damit langsamer als die Signalwege des Nervensystems. Die Wirkung der Hormone ist allerdings oft von längerer Dauer.

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Hormone bei Mensch und Tier

Folgende Organe produzieren hauptsächlich Hormone: Hypophyse (Hirnanhangsdrüse), Epiphyse (Zirbeldrüse), Schilddrüse, Nebenschilddrüse, Nebennierenrinde und -mark, Bauchspeicheldrüse, Gonaden (Keimdrüsen; siehe Fortpflanzungsapparat), Plazenta (Mutterkuchen) und – unter bestimmten Umständen – die Schleimhaut des Zwölffingerdarmes.

Die Hirnanhangsdrüse besteht aus drei Untereinheiten: Vorderlappen (Adenohypophyse), Zwischenlappen und Hinterlappen (Neurohypophyse). Von diesen bildet der Vorderlappen die Hauptdrüse des endokrinen Systems. Seine Hormone beeinflussen das Körperwachstum, die Funktion der Schilddrüse, die Funktion der Keimdrüsen und der Nebennierenrinde. Er produziert das Hormon Prolaktin, das die Milchbildung in den weiblichen Milchdrüsen anregt (siehe Muttermilch). Der Zwischenlappen produziert das melanozytenstimulierende Hormon (Melanotropin), das die Funktion der Pigmentzellen regelt. Die Neurohypophyse (Hinterlappen) kontrolliert über Vasopressin (antidiuretisches Hormon, ADH) den Blutdruck, verhindert eine übermäßige Harnproduktion (siehe Diabetes insipidus) und stimuliert über Oxytocin den Milcheinschuss beim Stillen und die Gebärmuttermuskulatur.

Die Epiphyse oder Zirbeldrüse liegt zwischen den beiden Gehirnhälften. Sie produziert bei Wirbeltieren und beim Menschen das Epiphysenhormon Melatonin. Dieses regelt die Verteilung des Melanins und spielt somit bei der Entstehung der Hautfarbe eine Rolle. Außerdem verhindert Melatonin indirekt die sexuelle Reifung vor der Pubertät.

Die Schilddrüsenhormone beeinflussen den Stoffwechsel. Sie erhöhen u. a. auch die Empfindlichkeit einiger Organe, speziell des Nervensystems, und haben einen wesentlichen Einfluss auf Wachstum und Weiterentwicklung in der Kindheit. Die Schilddrüsentätigkeit wird im Wesentlichen bestimmt durch das in der Hypophyse gebildete thyreoideastimulierende Hormon (TSH; Glandula thyreoidea: Schilddrüse), das seinerseits vom Thyreotropin-Releasing-Hormon (TRH; englisch releasing: freisetzend) aus dem Hypothalamus stimuliert wird. Der Spiegel der Schilddrüsenhormone im Blut wiederum gibt Rückmeldung an die Hypophyse, ob mehr oder weniger TSH ausgeschüttet werden muss. Ein derartiges Rückkopplungssystem existiert beispielsweise auch für die Hormone der Nebennierenrinde (siehe ACTH).

Das Hormon der Nebenschilddrüse (Parathormon) reguliert die Konzentration von Calcium und Phosphat im Blut. Es erhöht den Calciumspiegel durch vermehrte Freisetzung von Calcium aus den Knochen und bewirkt eine erhöhte Aufnahme von Calcium aus der Nahrung. Ähnlich wirkt Vitamin D. Calcitonin hingegen, das in den so genannten C-Zellen der Schilddrüse gebildet wird, senkt den Calciumspiegel durch den vermehrten Einbau des Minerals in die Knochen.

Die Bauchspeicheldrüse (Pankreas) produziert u. a. zwei Hormone: Insulin und Glucagon, die den Kohlenhydrathaushalt im Körper regulieren. Sowohl Insulin als auch Glucagon können heute gentechnisch in großem Umfang hergestellt werden.

Die Nebenniere besteht aus zwei Teilen: dem inneren Mark (Medulla) und der äußeren Rinde (Cortex). Die Nebennierenrinde produziert Hormone, die den Wasser- und Ionenhaushalt des Organismus regulieren (Mineralocorticoide, siehe Aldosteron). Darüber hinaus entstehen auch Hormone in der Rinde, welche die Ausbildung sekundärer Geschlechtsmerkmale beeinflussen. Demgegenüber sind die Hormone des Nebennierenmarks von Bedeutung für die Bereitstellung von Glucose, u. a. durch die Umwandlung von Proteinen in Zucker, sodann für die Speicherung von Zucker in der Leber und auch für die Erhaltung des Widerstands gegen physische, emotionale und toxische Belastungen. Das Nebennierenmark ist sowohl ontogenetisch als auch funktionell von der Rinde unabhängig. Die wichtigsten Hormone, die im Mark produziert werden, sind Adrenalin und Noradrenalin. Adrenalin erhöht den Blutzuckerspiegel und wirkt stimulierend auf den Blutkreislauf sowie generell auf das sympathische Nervensystem (siehe vegetatives Nervensystem).

Die Keimdrüsen produzieren unter dem Einfluss der Hypophyse Hormone, welche die sexuelle Entwicklung und verschiedene Fortpflanzungsprozesse kontrollieren. So regulieren die Hormone des Hodens die Entwicklung der Spermien sowie das äußere männliche Erscheinungsbild (siehe Androgene; Testosteron). Die Hormone der Eierstöcke (Ovarien) werden hauptsächlich in den Follikeln gebildet; sie heißen Östrogene. Die wichtigsten unter ihnen, Östradiol und Östron, wirken im Zusammenspiel mit den Hormonen der Hypophyse bei der Kontrolle des weiblichen Zyklus.

Während des Zyklus wird unmittelbar nach der Ovulation (Eisprung) vom Follikelgewebe der Gelbkörper (Corpus luteum) gebildet. Dieser produziert das Hormon Progesteron, welches seinerseits die Sekretionstätigkeit der Gebärmutter anregt. Ist das Ei befruchtet, so kann es sich in der Gebärmutterschleimhaut festsetzen. Liegt keine Befruchtung vor, so bildet sich der Gelbkörper zurück, die Progesteronkonzentration nimmt ab, und die Gebärmutterschleimhaut wird mit der Menstruation (Regelblutung) abgestoßen. Progesteron wird auch während der Schwangerschaft in großen Mengen von der Plazenta produziert. Im Zusammenwirken mit Östrogenen bewirkt es über einen Anstieg von Prolaktin das Wachstum der Milchdrüsen, blockiert aber gleichzeitig durch die Besetzung spezifischer Rezeptoren an den Milchdrüsen eine vorzeitige Milchbildung. Erst wenn der Progesteronspiegel nach der Entbindung rapide sinkt, kann Prolaktin ungehindert die Milchbildung ankurbeln. Heute werden verschiedene progesteronähnliche Hormonkomponenten zur Empfängnisverhütung in Ovulationshemmern („Antibabypillen”) verwendet.

In einem bestimmten Stadium der Verdauung scheidet die Schleimhaut des Dünndarmes eine Anzahl von Hormonen aus, die Bewegungen von Magenpförtner (Pylorus), Zwölffingerdarm sowie Gallenblase und Gallengang koordinieren. Außerdem stimulieren sie die Ausschüttung von Verdauungssäften in Dünndarm und Gallenblase sowie der Bauchspeicheldrüse. Das Hormon Gastrin (siehe Gewebshormone) wird im Magen produziert und kommt durch Nervenimpulse zur Ausschüttung, die ihrerseits durch den Geschmackssinn oder die Nahrung im Magen hervorgerufen werden. Dort bewirkt Gastrin die Bildung von Pepsin, eines proteinspaltenden Enzyms, sowie die Produktion von Salzsäure. Gleichzeitig setzt es die Kontraktionen des Magens (Peristaltik) in Bewegung und stimuliert die Produktion von Verdauungsenzymen sowie von Insulin und Galle (siehe Verdauungssystem).

Mangel oder Überproduktion von Hormonen können Gesundheit und Wachstum beeinträchtigen und im Extremfall lebensgefährlich sein. Eine Möglichkeit, Störungen des endokrinen Systems zu behandeln, ist die Organtherapie. Dabei kommen Präparate von verschiedenen tierischen Organen und synthetische Substanzen zum Einsatz.

Siehe auch Addison-Krankheit; Kretinismus; Diabetes mellitus; Riesenwuchs; Kropf; Myxödem

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Wirkungsweise der Hormone

Hormone können in fünf Hauptklassen eingeteilt werden und sind entweder hydrophil (aus dem Griechischen, wörtlich: wasserliebend) oder hydrophob (wörtlich: wasserfürchtend), d. h., sie können sich entweder in einer wässrigen oder in einer wasserabweisenden, fettig-öligen Komponente besser lösen:

• Aminosäureabkömmlinge wie Dopamin, Adrenalin und Noradrenalin (hydrophil),
• kleinere Neuropeptide wie TRH und ADH (hydrophil),
• großmolekulare Proteine wie Insulin und Parathormon (hydrophil),
• Steroidhormone wie Cortisol und Östrogen, die aus Cholesterin-Vorstufen synthetisiert werden (hydrophob),
• Vitaminabkömmlinge wie Retinoide (Vitamin A) und Vitamin D (hydrophob).

Alle hydrophoben und auch viele hydrophile Hormone müssen für den Transport in der Blutbahn an bestimmte Transportproteine gebunden werden. Man nennt diese Proteine auch Carrier. Nur mit Hilfe der Carrier erreichen die Hormone die Zielzellen. Da Zellmembranen hydrophob sind, können hydrophile Hormone diese nicht passieren. Deshalb geben die meisten Aminosäureabkömmlinge und Peptidhormone ihre Botschaft über einen Rezeptor an der Außenseite der Zelle weiter. Durch das Andocken an den Rezeptor wird im Zellinneren eine Reaktionskette ausgelöst: Zunächst wird das G-Protein, das sich direkt neben dem Rezeptor in der Zellmembran befindet, aktiviert. Das G-Protein wiederum aktiviert die Adenylcyclase, die sich im Zellplasma befindet. Diese spaltet aus Adenosintriphosphat (ATP) zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) ab, eine sehr reaktionsfreudige Substanz, die in der Zelle Proteinkinasen aktiviert, die schließlich für die Hormonreaktion in der Zelle sorgen. Damit diese Reaktionskette nicht endlos fortdauert, wird cAMP sehr rasch abgebaut. Das hydrophile Hormon wird häufig auch als first messenger (erster Bote), cAMP als second messenger (zweiter Bote) bezeichnet. Andere second messenger sind z. B. Calciumionen.

Hydrophobe Hormone können dagegen die Zellmembran durchdringen und so direkt im Zellinneren ihre Informationen an speziellen Hormonrezeptoren – meist am Zellkern – abliefern. Im Zellkern geschieht dann eine Aktivierung bestimmter Abschnitte der Desoxyribonucleinsäure (DNA; siehe Nucleinsäuren). Dies führt zur Bildung bestimmter Proteine, die ihrerseits die „Botschaft” des Hormons umsetzen. Auch bei Hormonen ist ein relativ schneller Abbau von großer Bedeutung, damit die veranlassten Reaktionen nicht endlos fortlaufen, wodurch der Effekt nicht mehr steuerbar wäre.

Hormone können heute vielfach gentechnisch mit Hilfe von Bakterien oder Hefen oder auch direkt synthetisch hergestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass sie in einer ungleich größeren Menge zur Verfügung stehen wie früher, als man sie aus tierischen Organen gewinnen musste.