Hormone
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Hormone MolekulareGrundlagen Hormone Rezeptoren Second-messenger Hormonsysteme Wirbeltiere Wirbellose Krankheiten,dieaufhormonellen Dysfunktionenberuhen Hormone,Transmitter,Modulatoren Transmitter wirktlokalanderSynapse Hormon wirdindasBlutgefäßsystemabgegeben Modulator wirktlokal Zell-Zell-Kommunikation:HormoneundPheromone HormonewerdenvonspezialisiertenZellensynthetisiert undsezerniert AuslösungderExocytosedurchEinstromvonCalcium-Ionen EndokrineundexokrineDrüsen ExokrineDrüsenentlassenSekret ÜbereinenAusführgangaufeine epithelialeOberfläche EndokrineDrüsenentlassenihre SekretedirektindieBlutbahn; habenkeinenAusführgang Sekretion zur Zell-Zell-Kommunikation •AutokrineSekretion-dasfreigesetzteSekretbeeinflusst diesezernierendeZelleselbst •ParakrineSekretion-diefreigesetzteSubstanzwirkt aufunmittelbarbenachbarteZellen •EndokrineSekretion-DasSekretwirdindieBlutbahn abgegebenundwirktaufentfernt liegendeGewebe •ExokrineSekretion-DasSekretwirdanderOberfläche desTieressezerniert,einschließlich derOberflächedesDarmesetc. HormondrüsendesMenschen HormonegehörenzuunterschiedlichenSubstanzklassen Hormonekönnenentwederfettlöslichoderfettunlöslichsein -dieRezeptorensinddemzufolgeintrazellulärodermembranständig HypothalamusundHypophyse • Das Hypothalamus/Hypophysen System ist das dominierende endokrine System bei Wirbeltieren . • Die Hormone regulieren die Funktion der Schilddrüse, sowie der meisten anderen endokrinenOrgane. HypothalamusundHypophyse HormonelleSteuerung durchdieHypothalamus/ Hypophysen-Achse Hypothalamusund Neurohypophyse Magnozelluläre Neurone paraventricular und supraoptische Nuclei sezernieren Oxytocin und Vasopressin direkt in KapillarenderNeurohypophyse PosterioreHypophyse:Neurohypophyse • Neurohypophyse:eineBildungdesHypothalamus -neuronalesGewebe • Hypothalamische Neurone kommen durch den Hypophysenstiel und terminieren in der Neurohypophyse • DerobereTeildesHypophysenstielsverknüpftsich mit dem Hypothalamus und wird Eminentia medianagenannt. Hypothalamusund 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 PortalSystemsanderEminencia mediana, die dann zur Adenohypophysetransportiert werden, um die Sezernierung der Hypophysenhormone zu kontrollieren AnterioreHypophyse:Adenohypophyse • Adenohypophyse:verbundenmitdem HypothalamusüberdieSuperiorehypophyseale Arterie. • DieAdenohypophyseisteineVermengungHormon produzierenderDrüsenZellen. • Sieproduziert:Prolactin,Growthhormone(GH), Thyroidstimulatinghormone(TSH), Adrenocorticotropichormone(ACTH),Folliclestimulatinghormone(FSH),andLuteinizing hormone(LH). Glucocorticoideaktivierendie MobilisierungvonReservestoffen DerThyroxin-Titerbestimmtdie MetamorphosevonAmphibien Wachstumshormone steuern die Umschaltungvonkatabolen aufmetabolenStoffwechsel Glucocorticoideaktivierendie MobilisierungvonReservestoffen Signalkettenund Rückkopplung Signalkettenund Rückkopplung Schilddrüse • Direktunterhalbdes Kehlkopfs. • FollikelZellensezernieren T3,T4. • ParafollikulareZellen sezernierenCalcitonin,das CalciumSpiegelimBlut reguliert DerCalcium-HaushaltwirddurchzweiHormonereguliert Das Schilddrüsenhormon Thyroxin wirdausderAminosäure Tyrosinsynthetisiert 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 • SchilddrüsesezerniertprimärT4, nuretwasT3. • T4istanCarrierimBlut gebunden. • FreiesT4undT3.gelangtindie Zellen. • T4wirdinT3umgewandelt. • T3bindetNHR. • Heterodimer: – AndereHälfteisteinVitaminA Derivativ(9-cis-retinoicacid). Schilddrüsenhormone ErmöglichtnormaleZellfunktionundWachstum InduziertNRetentionfürProteinsynthese ErhöhtmetabolischeRate Hypothalamus ↓TRH(Thyrotropinreleasinghormone) Hypophyse ↓TSH(Thyroidstimulatinghormone) Schilddrüse ↓ T4thyroxine T3thyronine Schilddrüsenhormone • Schilddrüsenhormon-Defizienz • ImUterus: • Cretinismus(Congenitalhypothyroidism→geistigminderbemittelt • InderKindheit: • Wachstumsstörungen,ev.CNSSchaden • InderPubertät: • Wachstumsstörungen,ev.CNSSchaden • ImErwachsenenalter: • T3T4Defizienz→Fettleibigkeit • T3T4Überfluss→Gewichtsverlust DieNebennierenrinde-Stress-Adrenalin 31 DieNebennierenrinde-UnterschiedlicheHormonein unterschiedlichenRegionen Mineralcorticoide Glycocorticoide Adrenalin 32 AdrenalinwirktüberspezifischeRezeptoren 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) • PankreatischeZellenproduzierenVerdauungsenzyme (LipaseundPankreatischeAmylase) • DieLangerhans’schenInselnproduzierendieHormone InsulinundGlucagon • Fehlfunktionen,frühbeginnend(TypI)Diabetesoderspät beginnend(TypII)Diabetes Pankreas(Bauchspeicheldrüse) • EndokrineandExokrineFunktionen • ExokrinePancreas:Acinarzellensezernieren EnzymeindenDarmtrakt • EndokrinePankreas:Langerhans’scheInsel bZellensezernierenInsulin α ZellensezernierenGlucagon dZellensezernierenSomatostatin FZellensezernierenPankreatischesPolypeptid InsulinSynthese • Produziertvonß-Zellenin InselndesPankreas • Produziertalseinziges Polypeptid,dasproteolytisch verdautwird • BEIDE,dasmatureInsulinund dasverbindendePeptid(C Peptid)habenbiologische Aktivität • CPeptidstimuliertdieNO ProduktionEndothelialerZellen • Insulinbindetan Oberflächenrezeptorenauf responsiblenZellenund vermitteltsodiebiologischen Effekte Insulin • HormondesEssens • AusdemPankreas-βZellenderLangerhans’schenInseln • ErmöglichtGlukosetransportinZellen • ↑GlukoseaufnahmeinGewebe • WirktüberGlukosetransporter • Energie • MetabolischeProzesse • ↑GlykogenSynthese • ↑FettSynthese • ↑ProteinSynthese • Wachstum • KindermitschlechteingestelltemTypIDiabetessindoftklein • Glukagon–HormondesFastens(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 RegulationderPlasmaGlukosedurchInsulinundGlukagon 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 43 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 50 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 53 Type II Diabetes 54 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 57 Das metabolische Syndrom 58 LeptinisteinHormon,dasInformationenüberdieFettmasseliefert 59 60 LeptinDefizient-Fettleibigkeit 61 LeptinisteinHormon,dasInformationenüberdieFettmasse liefert 62 SteuerungvonHäutungundMetamorphosebeiInsekten Hormone regulieren sehr komplexe Mechanismen Ecdyson initiiert Häutungen 65 SteuerungvonHäutungundMetamorphosebeiInsekten SteuerungvonHäutungundMetamorphosebeiInsekten SteuerungvonHäutungundMetamorphosebeiInsekten 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
