Endokrinologie und Stoffwechsel

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1 Block 10 Endokrinologie und Stoffwechsel Einführung A. Univ. Prof. Dr. W. Marktl Lehrinhalte Definition Prinzipien des Informationsaustausches Einteilungsmöglichkeiten Hormonrezeptoren Second-Messenger-Systeme Sekretionsmechanismen Transport Speicherung Abbau und Ausscheidung Regulation (Feedbacks) Hormonelles Netzwerk 1

2 Begriffe und Definitionen Hormone sind Informationsvermittler (first messengers), die von endokrinen Drüsen sezerniert werden und an Zellen von Erfolgsorganen spezifisch wirken nachdem die Hormone an Rezeptoren der Zielzellen gebunden haben, wird die Information durch intrazelluläre Botensysteme weitergeleitet (second messengers) die Informationsvermittlung kann auf autokrine, parakrine oder endokrine Art erfolgen Urprinzipien des Informationtausches an Einzelzellen (1-3), Zellverbänden (4) und im System des erwachsenen Organismus (Hesch: Endokrinologie Teil A Grundlagen, Urban&Schwarzenberg, 1989) 2

3 Möglichkeiten der Informationsvermittlung (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 2, Georg Thieme Verlag, 2001) Hormone mit parakriner Wirkung (Auswahl) (Hesch: Endokrinologie Teil A Grundlagen, Urban&Schwarzenberg, 1989) 3

4 Möglichkeiten der Einteilung von Hormonen nach der chemischen Struktur nach dem Bildungsort nach der Funktion nach dem Wirkungsmechanismus Klassifikation der Hormone nach ihrer Struktur (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 2, Georg Thieme Verlag, 2001) 4

5 Klassifikation der Hormone (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 2, Georg Thieme Verlag, 2001) Synthese von Protein- und Polypeptidhormonen (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 3, Georg Thieme Verlag, 2001) 5

6 Synthese von Aminen und Amonosäurederivathormonen (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 3, Georg Thieme Verlag, 2001) Synthese von Steroidhormonen (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 3, Georg Thieme Verlag, 2001) 6

7 Organisation und Verbreitung des glandulären endokrinen Systems (Hesch: Endokrinologie Teil A Grundlagen, Urban&Schwarzenberg, 1989) Organisation und Verbreitung des dispergierten Systems (Hesch: Endokrinologie Teil A Grundlagen, Urban&Schwarzenberg, 1989) 7

8 Klassifizierung von Hormonen nach ihrer Funktion (Buddecke E.: Grundriss der Biochemie, S. 317, de Gruyter Verlag, 1994) Klassifikation von Hormonen nach ihrem Wirkungsmechanismus (Buddecke E.: Grundriss der Biochemie, S. 315, de Gruyter Verlag, 1994) 8

9 Hormonwirkung / Hormonrezeptoren Hormone wirken durch Bindung an spezifische Rezeptoren Hormonrezeptoren müssen hochspezifisch das richtige Hormon erkennen und eine hohe Bindungsaffinität aufweisen (übliche Hormonkonzentrationen sind mol/l) die Spezifität wird definiert durch den Hormonrezeptor die Bindung des Hormons an den Rezeptor ist reversibel und nicht-kovalent (hydrophobe Wechselwirkungen, Salzbindungen, van der Waals-Kräfte) die Bindung des Hormons löst eine Konformationsänderung des Rezeptors aus nach der Bindung leiten die Rezeptoren die Information an die Zelle weiter wobei komplexe intrazelluläre Signaltransduktionskaskaden ausgelöst werden: Proteinphosphorylierungen, Enzymaktivierungen u.a. (Postrezeptor-Effekte) Hormonrezeptoren lassen sich in membranassoziierte und intrazelluläre Rezeptoren unterteilen Membranassoziierte Hormonrezeptoren Polypeptide und Katecholamine (polare Hormone) binden an Rezeptoren, die mit der Zellmembran assoziiert sind Intrazelluläre Hormonrezeptoren Steroid- und Schilddrüsenhormone (lipophile Hormone) binden an Rezeptoren, die intrazellulär lokalisiert sind 9

10 Synthese, Transport und Wirkungsweise von Hormonen Beispiele von second messenger-systemen (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 6, Georg Thieme Verlag, 2001) 10

11 Sekretion von Hormonen Exozytose von sekretorische Granula (Fusion mit der Zellmembran) auf ein bestimmtes Signal hin (z.b. Ca ++ -vermittelt) lipophile Hormone (Steroidhormone): Diffusion durch die Plasmamembran Sekretionsmechanismen von Hormonen (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 4, Georg Thieme Verlag, 2001) 11

12 Sekretionsdynamik in Hormonsystemen Transport von Hormonen bestimmte Hormone sind für den Transport im Blut an Trägerproteine gebunden die Trägerproteine werden in der Leber gebildet der Anteil des gebundenen Hormons ist je nach Hormonart verschieden nur das freie Hormon kann an den Rezeptor binden es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen freiem und gebundenem Hormon ein Hydrophobe Hormone schlecht wasserlösliche Hormone (z.b. Steroid- und Schilddrüsenhormone) sind für den Transport über die Blutbahn an spezifische Trägerproteine gebunden Hydrophile Hormone gut wasserlösliche Hormone (z.b. Insulin,TSH, LH) benötigen in der Regel keine Transportproteine Ausnahme: IGF- 1 besitzt verschiedene Bindungsproteine Faktoren, welche die Bindungsproteine beeinflussen, führen zu einer Änderung der Konzentration des gebundenen Hormones: Veränderung der Konzentration der Bindungsproteine - Östrogene (Schwangerschaft) erhöhen hen die Konzentration von Sex Hormone-Binding Globulin (SHBG), Thyroxin-Binding Globulin (TBG), Corticosteroid-Binding Globulin (CBG) Erhöhung hung der Gesamthormon-Konzentration - Hyperthyreose erhöht ht die Konzentration von SHBG - Eiweissmangel (Mangelernährung, nephrotisches Syndrom) führt f zur Erniedrigung der Konzentration der Bindungsproteine Abnahme der Gesamthormonkonzentration Verdrängung aus der Proteinbindung z.b. durch Medikamente mit hoher Plasmaeiweissbindung Da sich aber ein Gleichgewicht zwischen freiem und gebundenem Hormon einstellt, besteht in solchen Situationen klinisch keine endokrinologische Unter- oder Überfunktion 12

13 Speicherung von Hormonen die Speicherkapazität der endokrinen Zellen ist in der Regel gering - Ausnahme: Speicherung von Thyroxin und Triiodthyronin in den Follikeln der Schilddrüse (Bedarf für f r einige Wochen gedeckt) Proteine und Polypeptide werden in sekretorischen Granula verschiedener Zellen gespeichert (Bedarf für Stunden bis einen Tag gedeckt) Noradrenalin und Adrenalin werden in Granula der chromaffinen Zellen gespeichert (Bedarf für Minuten bis Stunden gedeckt) Steroidhormone werden nicht gespeichert Abbau und Ausscheidung von Hormonen Peptidhormone - kurze Halbwertszeiten (einige Minuten) - werden durch Proteolyse abgebaut (z.b. in Leber oder Niere) Katecholamine - kurze Halbwertszeiten - werden durch zwei Enzymsysteme (MAO, COMT) abgebaut Steroidhormone - kurze Halbwertszeiten - werden durch Biotransformation in hydrophile Metaboliten umgewandelt und ausgeschieden Schilddrüsenhormone - lange Halbwertszeiten (mehrere Tage) - werden deiodiniert und durchlaufen mehrere Biotransformations- reaktionen (Dekarboxylierungen, Glukuronidierungen etc.) in der Leber 13

14 Regelung in neuroendokrinen Hormonsystemen Beispiel einer endokrinen Funktionseinheit in schematischer Darstellung. Die verschiedenen Produktionsorte werden von den Hormonen selber (linke Bildhälfte) oder von der zu regulierenden Stellgröße (rechte Bildhälfte) gesteuert. (Hesch: Endokrinologie Teil A Grundlagen, S.63, Urban&Schwarzenberg, 1989) 14

15 Netzwerk der Informationsübermittlung der verschiedenen endokrinen Funktionseinheiten (Hesch: Endokrinologie Teil A Grundlagen, S.64, Urban&Schwarzenberg, 1989) 15

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