Chemische Signale bei Tieren

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1 Chemische Signale bei Tieren 1. Steuersysteme der Körper: - Endokrines System (Hormonsystem) im Ueberblick 2. Wirkungsweise chemischer Signale - auf Zielzellen - Aktivierung von Signalübertragungswege 3. Das endokrine System der Vertebraten 4. Glukosehaushalt - Insulin, Glukagon und Diabetes Kapitel 40:

2 Begriffe Endokrines System: Alle Hormon ausschüttende Zellen eines Tieres Hormonsezernierende Organe werden als endokrine Drüsen (Hormondrüsen) bezeichnet Exokrine Drüsen: Schütten chem. Verbindungen (z.b. Schweiss, Verdauungsenzyme) in Gänge aus die diese Produkte zu Bestimmungsort führen Kapitel 40:

3 Überblick: Fernsteuerung im Organismus Unter einem Hormon versteht man bei Tieren ein Molekül, das in die extrazelluläre Flüssigkeit abgegeben wird, im Blut oder in der Hämolymphe kreist und Regulationssignale im Körper übermittelt Ein Hormon erreicht zwar alle Körperzellen, aber nur seine Zielzellen besitzen die Rezeptoren, die eine Reaktion möglich machen

4 Grundlegenden Kommunikationsund Regulationssysteme des Organismus: das endokrine System und das Nervensystem Hormone, die von endokrinen Zellen abgegeben werden, steuern die Fortpflanzung, die Entwicklung, den Energiehaushalt, das Wachstum und das Verhalten Das Nervensystem ist ein Netzwerk spezialisierter Zellen, die Signale entlang vorgegebener Leitungsbahnen übertragen, welche ihrerseits andere Zellen regulieren

5 Typen sezernierter Signalmoleküle Hormone Lokale Regulatoren Neurotransmitter Neurohormone Pheromone Folie: 5

6 Hormone Endokrine Signale (Hormone) werden in die extrazelluläre Flüssigkeit abgegeben und vom Blut zu ihren Zielzellen transportiert Endokrine Drüsen besitzen keinen Ausführungsgang und geben ihre Hormone unmittelbar in die umgebende Flüssigkeit ab Hormone erhalten die Homöostase aufrecht, vermitteln die Reaktionen auf Umweltreize und regulieren Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung

7 Lokale Regulatoren Lokale Regulatoren sind sezernierte Moleküle, die über sehr kurze Entfernungen wirksam werden und ihre Zielzellen ausschließlich durch Diffusion erreichen Lokale Regulatoren wirken an der Blutdrucksteuerung, der Funktion des Nervensystems und der Fortpflanzung mit Lokale Regulatoren sind an der parakrinen und autokrinen Signalübertragung beteiligt Bei der parakrinen Signalübertragung befinden sich die Zielzellen ganz in der Nähe der Zelle, die das Signalmolekül ausscheidet Von autokriner Signalübertragung spricht man, wenn die sezernierten Moleküle auf die Zelle zurückwirken, von der sie abgegeben werden Folie: 7

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9 Neurotransmitter und Neurohormone Neurone kommunizieren mit ihren Zielzellen über die Synapsen An vielen Synapsen scheiden die Neurone Neurotransmitter aus, Moleküle, die über eine sehr kurze Entfernung diffundieren und dann an Rezeptoren der Zielzellen binden Neurotransmitter spielen eine entscheidende Rolle für Sinneswahrnehmung, Gedächtnis, Kognition und Bewegung Neurohormone sind Moleküle, die von den Enden der Nervenzellen ins Blut diffundieren und dann vom Blut zu ihren Zielzellen transportiert werden

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11 Signalübertragung durch lokale Regulatoren Lokale Regulatoren wirken innerhalb von Sekunden oder sogar Millisekunden auf ihre Zielzellen ein und lösen dort schneller als Hormone es könnten eine Reaktion aus Als lokale Regulatoren können chemische Verbindungen mehrerer Typen dienen: Cytokine und Wachstumsfaktoren Stickstoffmonoxid (NO) Prostaglandinen

12 Lokal wirkende Stimulatoren Wachstumsfaktoren (growth factors): Proteine und Polypeptide beeinflussen die Zellproliferation, zb IGF(insulin-like growth factor) Stickstoffoxid NO: ein Gas das verschiedene Wirkungen haben kann: Neurotransmitter, Leukozyten sezernieren NO als Inaktivator von Bakterien und Krebszellen. NO wird auch vom Endothel sezerniert und bewirkt Dilatation von Blutgefässen. Prostaglandine: modifizierte Fettsäuren werden z.b. von der Placenta sekretiert zur Stimulation der Uteruskontraktion. PG spielen eine grosse Rolle bei Entzündungen und bei der Regulation des Blutflusses in der Lunge. Kapitel 40:

13 Chemische Klassen von Hormonen Nach Struktur und Synthesewegen werden Hormone häufig in drei Gruppen eingeteilt: Proteine und Peptide Amine Steroide Steroidhormone sind fettlöslich und passieren die Zellmembran ohne Weiteres, wohingegen Proteinhormone und viele Aminhormone wasserlöslich sind und die Plasmamembran einer Zelle nicht durchdringen können

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15 Reaktionswege in den Zellen Die Reaktionswege für wasser- und fettlösliche Hormone unterscheiden sich in mehreren Aspekten Wasserlösliche Hormone werden durch Exocytose sezerniert, wandern ungehindert im Blut und binden an Zelloberflächenrezeptoren Fettlösliche Hormone diffundieren durch die Membran der endokrinen Zelle und sind während ihres Transports im Blut an Transportproteine gebunden

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17 Beispiel Adrenalin Das Hormon Adrenalin hat vielfältige Auswirkungen auf die körperlichen Reaktionen auf kurzfristigen Stress Adrenalin bindet bei den Muskel- und Leberzellen an einen G- Protein-gekoppelten Rezeptor in der Plasmamembran Dies löst die Synthese von zyklischem AMP als kurzlebigen sekundären Botenstoff aus, der ein Enzym für den Glycogenabbau aktiviert, was schließlich zur Bereitstellung von Glucose in den Muskelzellen und im Blutkreislauf führt

18 Signalübermittlung durch lösliche Moleküle an der Membran: Rezeption-Transduktion-Antwort Kapitel 40:

19 Signaltransduktion durch Phosphorylierungskaskade Kapitel 40:

20 Kleine Moleküle wirken als sekundäre Boten: camp Kapitel 40:

21 Adenylycyclase: aus ATP wird camp und PPi camp überträgt das von Adrenalin übermittelte Signal in das Innere von Leberzellen und stimuliert den Glykogenabbau Kapitel 40:

22 Membranrezeptoren und sekundärer messenger camp Kapitel 40:

23 Kleine Moleküle als sekundäre Boten: intracelluläres Ca ++ Kapitel 40:

24 Mechanismen der Signalübertragung: Membranrezeptoren Kapitel 40:

25 Mechanismen der Signalübertragung: intrazelluläre Rezeptoren Kapitel 40:

26 Steroidhormonwirkung Testosterone wird von des Zellen des Hodens ausgeschüttet Zielzellen besitzen Testosteron- Rezeptor (TR) im Cytosol TR bindet Hormon, wird aktiviert, wandert in den Zellkern und aktiviert spezifische Gene Kapitel 40:

27 Zellkommunikation durch direkte Zellkontakte Kapitel 40:

28 Mehrfachwirkungen von Hormonen Viele Hormone üben auf verschiedene Zielzellen unterschiedliche Wirkungen aus, da sie ausgestattet sind mit unterschiedlichen Rezeptoren unterschiedlichen Signalübertragungswegen unterschiedliche Proteine für die Signalübertragung In manchen Fällen hat ein bestimmtes Hormon auch bei mehreren biologischen Arten unterschiedliche Wirkungen

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30 Folie: 30 Negative Rückkopplung

31 Signalübertragung geschieht in Netzwerken Kapitel 40: