B2: KV1 Endokrine Regulation
- Einführung - Klassifikation von Hormonen - Hypothalamus-Hypophysen-Achse - Rezeptoren - Wachstumshormon
- Einführung - Klassifikation von Hormonen - Hypothalamus-Hypophysen-Achse - Rezeptoren - Wachstumshormon
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Cartes-fiches
Welche Kommunikationsnetzwerke braucht es zur Integration der Leistungen der Organe?
- Nervensystem
- Endokrines System
- Immunsystem
Wie werden die meisten Organe gesteuert?
vegetativ-neuronal und hormonell = neuroendokrines System
Nervensystem
- Strukturen
- Dauer der Übertragung
- Konzentrationsmenge
- Axone & Dendriten
- schnell & präzise
- hohe Konzentrationen, da lokal abgezielt
Endokrines System
- Stukturen/Moleküle
- Dauer der Übertragung
- Konzentrationsmenge
- Hormone = chemische Signalmoleküle
- langsam
- niedrige Konzentrationen, da im Blut verteilt
Eigenschaften der Hormone
- hohe Präzision und Empfindlichkeit (niedrige Konzentrationen; nM-pM-Bereich)
- Wirkung mittels Signaltransduktion
- ein Hormon kann verschiedene Effekte haben
Hormone haben unterschiedliche Wirkungsgeschwindigkeiten. Bsp.
- Innerhalb von Sekunden
- Adrenalin (erhöhte Herzfrequenz)
- Glukagon (Glykogen-Abbau in der Leber)
- nach Stunden oder Tagen
- Aldosteron (Stimulation der Salzretention in der Niere)
- Wachstumshormon (Stimulation der Proteinsynthese)
Wie können die Hormone chemisch eingeteilt werden?
- Peptidhormone
- Aminosäurehormone
- Steroidhormone
Welche Hormone zählen zu den Peptidhormonen?
- ACTH = Adrenocorticotropes Hormon
- ANP = atriales natriuretisches Peptid
- AVP = Arginin Vasopressin = ADH
- Calcitonin
- CCK = Cholezystokinin
- CRH = corticotropin releasing hormon
- FSH = Follikel stimulierendes Hormon
- Glukagon
- GnRH = Gonadotropin releasing hormon
- GH = Growth hormon
- GHRH = Growth hormon releasing hormon
- Inhibin
- Insulin
- IGF-1/2 = Insulin like growth factor
- LH = Luteinisierendes Hormon
- OT = Oxytocin
- PTH = Parathormon
- PRL = Prolaktin
- Sekretin
- Somatostatin
- TSH = Thyroidea stimulierendes Hormon
- THR = Thyrotropin releasing hormon
- VIP = vasoaktives intestinales Peptid
Welche Hormone zählen zu den Aminosäurenhormone?
- Dopamin
- Adrenalin
- Noradrenalin
- Serotonin
- Tetraiodthyronin (T4)
- Triiodthyronin (T3)
Welche Vorstufe haben die Aminosäurenhormone?
- Tryptophan/Tyrosin
Welche Hormone zählen zu den Steroidhormonen?
- Aldosteron
- Cortisol
- Östradiol
- Progesteron
- Testosteron
Aus welcher Vorstufe werden die Steroidhormone hergestellt?
- Aus Cholesterin.
Wie liegen die Hormone im Blut vor?
- in freier Form: akut (schnell) wirkende Hormone
- Katecholamine (Adrenalin)
- viele Peptidhormone
- gebunden an Binding Proteine: Vorratsreservoir im Blut minimalisiert Fluktuationen, verlängert Halbwertszeit
- einige AS-Hormone wie T3, T4
- Steroidhormone
- einige Peptidhormone wie IGF-1/2, GH
Beispiele für die komplementären Funktionen von Hormonen
- Adrenalin, Cortisol & Glukagon: akute Anstrengung = erhöhte Herzfrequenz
- GH, IGF-1, Thyroidhormone, Sexsteroidhormone: normales Wachstum
Welche Hormone haben antagonistische Wirkungen?
- Insulin: senkt den Blutzuckerspiegel
- Glukagon: erhöht den Blutzuckerspiegel
Welche Arten von Signalübertragung (bei Hormonen) gibt es?
- endokrin: Hormon gelangt via Blutbahn an den Ort der Bestimmung, klassischer Mechanismus
- parakrin: Hormon kann via Diffusion die Nachbarzelle erreichen
- autokrin: Produktionsort = Wirkungsort
Parathormon
- Hormonklasse?
- Produktionsort
- Funktionsweise
- Wirkungen
- Aminosäurenhormon (84 AS)
- Epithelkörperchen der Nebenschilddrüse
- Die PTH-Sekretionsrate wird in Abhängigkeit von der Plasma-Calcium-Konzentration (ionisierte Fraktion) reziprok reguliert. Für diesen Regulationsmechanismus ist der Calcium sensing receptor (in Nebenschilddrüse) verantwortlich. Es ist ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor, der bei Aktivierung durch den Liganden (hohe Ca-Konzentration) den Inositolphosphatweg in Gang setzt, was die Sekretion von Parathormon senkt.
- Wirkungen:
- Darm: TRPV6 - erhöhte Ca-Aufnahme aus der Nahrung
- Niere: TRPV5 - erhöhte Ca-Retention
- Knochen: Osteoklasten - erhöhter Abbau
Welche endokrine Folgen hat Stress (Infektion, Blutverlust, Hypoglykämie)?
- Cortex cerebri meldet Stress an Hypothalamus.
- Hypothalamus schüttet Corticotropin-releasing Hormon CRH aus.
- CRH wirkt auf die Adenohypophyse. Sie produziert Adrenocorticotropes Hormon ACTH.
- ACTH wirkt auf die Nebennierenrinde. Sie produziert Cortisol.
- Cortisol wirkt auf die Zielorgane und via negatives Feedback auf die CRH-Ausschüttung des Hypothalamus und die ACTH-Ausschüttung der Adenohypophyse.
Welche Hormone kann man im hypothalamischen-hypophysären System unterscheiden?
- Releasing Hormone: Hypothalamus (wirken auf Hypophyse)
- Glandotrope Hormone: Hypophysenvorderlappen (wirken auf Drüsen)
- Effektorische (nicht-glandotrope) Hormone: Zielorgane
Beispiele für Releasing Hormone
- Corticotropin Releasing Hormon CRH
- Gonadotropin Releasing Hormon GnRH
- Growth hormone Releasing Hormon GHRH
- Thyrotropin Releasing Hormon TRH
- Arginin Vasopressin AVP/ADH
Beispiele für glandotrope Hormone
- Thyroidea stimulierendes Hormon TSH (Schilddrüse)
- Follikel stimulierendes Hormon FSH (Ovar)
- Adrencorticotropes Hormon ACTH (Nebennierenrinde)
- Luteinisierendes Hormon LH (Ovar, Hoden)
Beispiele für effektorische Hormone
- Growth hormon GH (Zielzellen in versch. Organen)
- Polaktin (wirkt auf Milchdrüse)
Magnozelluläre Kerne
- Übersetzung
- Welche Kerne zählen dazu?
- Wo liegen sie?
- Funktion
- grosse Neuronen-Zellen
- Ncl. paraventricularis, Ncl. supraopticus
- Hypothalamus
- Produktion von ADH und Oxytocin, Ausschüttung via Axone in die Neurohypophyse (ADH kann aber über querverbindende Axone auch den Portalkreislauf der Adenohypophyse erreichen)
Parvozelluläre Kerne
- Übersetzung
- Welche Region des Hypothalamus ist daran beteiligt?
- Funktion
- kleine Neuronen-Zellen
- periventrikulärer Teil
- Sie produzieren Releasing Hormone oder Inhibiting Hormone und schütten sie über ihre Axone in den primären Kapillarplexus aus.
Hormonkaskade
- ausgehend von GHRH
- Releasing Faktor des Hypothalamus: GHRH
- Zielzellen im Hypophysenvorderlappen: somatotrope Zellen
- Freigesetzte Hormone im Hypophysenvorderlappen: GH
- Zielzellen: multiple Körperzellen
NB: GHRH wird durch Somatostatin gehemmt.
Hormonkaskade
- ausgehend von TRH
- Releasing Faktor des Hypothalamus: TRH
- Zielzellen im Hypophysenvorderlappen: thyreotrope Zellen
- Freigesetzte Hormone im Hypophysenvorderlappen: TSH
- Zielzellen: Follikelzellen der Schilddrüse zur Stimulation der Produktion von Schilddrüsenhormone (T3, T4)
Hormonkaskade
- ausgehend von CRH
- Releasing Faktor des Hypothalamus: CRH
- Zielzellen im Hypophysenvorderlappen: corticotrope Zellen
- Freigesetzte Hormone im Hypophysenvorderlappen: ACTH
- Zielzellen: Nebennierenrinde (Zona fasciculata und reticularis) zur Produktion von Kortikosteroiden (Mineralcortikoide: Aldosteron und Glukokortikoide: Cortisol)
Hormonkaskade
- ausgehend von GnRH
- Releasing Faktor des Hypothalamus: GnRH
- Zielzellen im Hypophysenvorderlappen: gonadotrope Zellen
- Freigesetzte Hormone im Hypophysenvorderlappen: FSH, LH
- Zielzellen:
- FSH: ovarielle follikuläre Zellen zur Produktion von Östrogen und Progesteron, Sertolizellen zur Auslösung der Spermatogenese
- LH: ovarielle follikuläre Zellen zur produktion von Östrogen und Progesteron, Leydigzellen zur Produktion von Testosteron
Hormonkaskade
- ausgehend von Prolaktin
- Inhibiting Faktor des Hypothalamus: Dopamin
- Zielzellen im Hypophysenvorderlappen: lactotrope/mammotrope Zellen
- Freigesetzte Hormone im Hypophysenvorderlappen: Prolaktin
- Zielzellen: Milchrüse zur Auslösung und Erhaltung der Milchproduktion
Hormonkaskade
- ausgehend von AVP
- Hypothalamus: AVP
- Freigesetzte Hormone im Hypophysenhinterlappen: AVP
- Zielzellen: Sammelrohre der Niere zur Steigerung der Wasserdurchlässigkeit
Hormonkaskade
- ausgehend von Oxytocin
- Hypothalamus: Oxytocin
- Freigesetzte Hormone im Hypophysenhinterlappen: Oxytocin
- Zielzellen: Gebärmutter & Milchdrüse
Synthese von Peptidhormonen
1. Proteinsynthese startet. Die Signalsequenz „nascent protein“ führt das Ribosom zum rauen ER.
2. Protein-Synthese wurde gehemmt. SRP = signal recognition particle bindet an die Signalsequenz, wodurch die Proteinsynthese gestoppt wird. Dieser Translations-Stopp hält an, bis der SRP-nascent-peptide-Ribosom-Komplex ein unbesetztes docking protein findet. SRP dient als Regulationssystem, welches die Rate der Proteinsynthese an die Anzahl von unbesetzten Translokations-Orten anpasst.
3. Protein-Synthese wird wieder aufgenommen. SRP bindet an den SRP-Rezeptor (= docking protein) auf der rER-Membran. Dadurch wird die Signalsequenz mit der bereits vorhandenen Peptidkette ins ER gezogen.
4. Signalsequenz wurde abgespalten. Sie wird durch eine Signalpeptidase abgespalten.
5. Protein-Synthese fährt fort zur Vollendung. Carboxylierung mit Zuckergruppen.
6. Das Ribosom dissoziiert. Das Hormon wandert vom rER in den Golgi-Apparat. Hier wird es in sekretorischen Vesikeln gespeichert.
Welche Signalkaskaden löst ein Peptidhormon aus?
- Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration via GPCR: Aktivierung Proteinkinase A
- Parathormon, CRH, ACTH, FSH, Adrenalin, ADH, Glukagon
- Freisetzung von Ca2+ und Aktivierung der Proteinkinase C via GPCR
- GRH, TRH, Calcium sensing recptor der Neben-SD, Acetylcholin, Adrenalin, Angiotensin II, Glutamat
- keine G-Protein-gekoppelten Rezeptoren
- ANP, Insulin, Wachstumshormon
Wirkung von Peptidhormonen
1) Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration: Aktivierung der Proteinkinase A
§ Aktivierung von heterotrimerischen G-Proteinen (alpha stimulierend oder alpha inhibierend)
§ G alpha s aktiviert membrangebunde Adenylatzyklase
§ Bildung von intrazellulärem cAMP aus ATP
§ cAMP aktiviert Proteinkinase A
§ PKA phosphoryliert Serin- und Threoningruppen in verschiedenen zellulären Enzymen = Modifizierung von zellulären Funktionen (durch diese Phosphorylierungen)
Wie können die Downstream-Effekte bei 1) wieder beendet werden?
- Phosphodiesterase inaktiviert cAMP
- Serin/Threonin-Phosphatasen dephosphorylieren Enzyme
Wirkung von Peptidhormonen
2) Freisetzung von Ca"1 und Aktivierung der Proteinkinase C
§ Aktivierung der G alpha q – Untereinheit
§ Aktivierung der membran-gebundenen Phospholipase C
§ PLC spaltet PIP2 (Phosphatidyl-Inositol-4,5-Bisphosphat) in 2 Signalmoleküle:
Þ IP3 (Inositol-1,4,5-Triphosphat)
Þ DAG (Diacylglycerol)
§ IP3 bindet an einen Rezeptor auf der zytosolischen Seite des ER
§ Freisetzung von Calcium aus ER
§ Veränderung von Zellfunktionen (Aktivierung von Ca-abhängigen Kinasen etc.)
§ DAG aktiviert die Proteinkinase c, welche Proteine phosphorylieren kann
Pseudohypoparathyroidismus
- Was ist das Problem?
Beim Pseudohypoparathyroidismus ist die G alpha stimulierende Untereinheit defekt. Dadurch kann PTH seine Downstream-Effekte nicht ausreichend ausführen. Folge davon ist ein niedriger Calciumspiegel und hoher Phosphatspiegel im Blut.
Wie kann das Peptidhormon ANP seine Wirkungen erbringen (ohne GPCR)?
Der Rezeptor, an den das atriale natriuretische Peptid ANP bindet, besitzt Guanylatzyklase-Domänen. Die Guanylatzyklase kann cGMP bilden. cGMP kann Kinasen, Phosphatasen und Ionenkanäle aktivieren.
Wirkungen von ANP?
ANP ist ein von Myozyten des Herzvorhofes hergestelltes Peptidhormon. Wird aufgrund von Dehnungsreizen ausgeschüttet. ANP bewirkt eine Blutdrucksenkung. Wirkt sowohl in der Nieren als auch in der glatten Muskulatur der Arteriolen (Relaxation der glatten Muskulatur). Vermindert die Natrium-Rückgewinnung in der Niere und reduziert die Freisetzung von Renin und Aldosteron.
Wie kann Insulin seine Effekte vermitteln (ohne GPCR)?
Der Rezeptor von Insulin hat eine Tyrosin-Kinase, die Proteine phosphorylieren kann.