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Zelluläre Hormonwirkung 06:55 min

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Transkript Zelluläre Hormonwirkung

Hallo! Sicher kennst du das Gefühl verliebt zu sein, mutig zu sein, Trauer zu empfinden oder Angst zu haben. Aber hast du auch gewusst das Hormone dabei eine ganz wichtige Rolle spielen?! Hormone können aber noch mehr.

Sicher weißt Du schon einiges über Hormone, wo sie gebildet werden und wie sie heißen. Aber weißt Du auch, wie Hormone auf zellulärer Ebene wirken? Schau Dir einfach dieses Video an. Es zeigt dir, dass Hormone auf zwei ganz verschiedene Weisen von einer Zelle wahrgenommen werden können, nämlich auf direktem oder indirektem Weg.

Direkte Wirkungsweise von Hormonen

Die erste Möglichkeit ist die direkte Hormonwirkung, die bei den fettlöslichen Hormonen vorkommt. Steroidhormone wie die Sexualhormone Testosteron und Progesteron werden aus Cholesterin gebildet und sind daher fettlöslich. Daher können sie Zellmembranen durchdringen und so von der Blutbahn direkt in die Zielzelle gelangen.

In der Zielzelle bilden sie mit einem passenden Rezeptor einen Komplex - den sogenannten Hormon-Rezeptor-Komplex. Dieser gelangt in den Zellkern und bindet dort an bestimmte DNA-Abschnitte. Das führt zur Aktivierung bestimmter Gene. Das heißt, diese Gene werden abgelesen, also transkribiert.

Die dabei entstehende mRNA wird danach im Zellinnenraum in ein Protein übersetzt, also translatiert. Dieses Protein kann dann eine bestimmte Reaktion innerhalb der Zelle auslösen oder wird von der Zelle nach außen abgegeben um an anderer Stelle im Körper zu wirken.

Man spricht bei diesem Mechanismus der direkten Hormonwirkung auch von Genaktivierungsmechanismus. Liegt kein Hormon vor, wird auch kein Hormon-Rezeptor-Komplex gebildet und die jeweiligen Gene werden nicht aktiviert.

Indirekte Wirkungsweise von Hormonen

Die zweite Möglichkeit ist eine indirekte Hormonwirkung. Diese findet man bei den fettunlöslichen Hormonen, die die Zellmembran nicht passieren können. Ein Beispiel für ein indirekt wirkendes Hormon ist das Stresshormon Adrenalin.

Hier erfolgt die Erkennung des Hormons an der Zelloberfläche, und zwar durch einen membrangebundenen Rezeptor. Dieser bindet das Hormon, wodurch ein an den Rezeptor gebundenes Enyzm aktiviert wird. Dieses aktiviert einen Mechanismus innerhalb der Zelle und es kommt zur Spaltung von ATP zu ADP und cAMP.

Das entstandene cAMP leitet das ursprüngliche Hormonsignal in der Zelle weiter und fungiert sozusagen als zweiter Botenstoff. Daher bezeichnet man cAMP auch als second messenger. cAMP kann zum Beispiel inaktive Enzyme aktivieren, so dass diese ein Substrat umsetzen können.

Der Abbau von Glycogen zu Glucose in der Leber ist beispielsweise auf die Aktivierung eines bestimmten Enzyms zurückzuführen. Das dafür zuständige Hormon ist Adrenalin. Adrenalin wird in Stresssituationen ausgeschüttet und sorgt in der Leber über den eben beschriebenen cAMP-Weg für eine Freisetzung von Glucose. Diese Glucose wird ins Blut abgegeben und setzt den Körper - gemeinsam mit anderen Reaktionen - in einen Alarmzustand, so dass er in einer Gefahrensituation schnell reagieren kann.

Wirkungsweise Coffein

Sehr spannend ist in diesem Zusammenhang die Wirkung von Coffein. Sicher hast Du schon die Wirkung von Coffein kennengelernt. Coffein kommt in Kaffee, Cola oder auch Tee vor. Es führt dazu, dass zum Beispiel die Herzfrequenz und die Konzentrationsfähigkeit steigt. Hohe Mengen von Coffein hemmen den Abbau von cAMP in den Zellen. Dadurch kommt es zu erhöhten cAMP-Konzentrationen in der Zelle. Damit hält die Wirkung von Adrenalin länger an.

Ein zweiter Ansatzpunkt von Coffein ist im Zentralnervensystem. Dort bindet es an die gleichen Rezeptoren, die Adenosin binden. Adenosin wird bei Anstrengung gebildet und sorgt eigentlich dafür, dass das Gehirn bei Erschöpfung mit Ermüdungserscheinungen reagiert. Nach Coffeinkonsum kann Adenosin also nicht an seine entsprechenden Rezeptoren binden. Müdigkeit und Erschöpfung werden somit verhindert.

Hormone und Rezeptoren

Du hast jetzt die beiden Möglichkeiten kennengelernt, wie ein Hormon auf zellulärer Ebene wirken kann. Sicher ist dir aufgefallen, dass sowohl bei der direkten als auch bei der indirekten Hormonwirkung das Hormon von einem Rezeptor erkannt und gebunden wird. Dadurch wird sichergestellt, dass nur die Zellen auf das Hormon reagieren, die diese spezifischen Rezeptoren tragen.

Zellen, die keinen entsprechenden Rezeptor besitzen, zeigen keine Reaktion auf das Hormon. Dadurch kannst du dir jetzt ganz einfach erklären, warum zum Beispiel nur ein bestimmtes Organ auf ein Hormon reagiert während andere Organe nicht reagieren.

Zusammenfassung

Jetzt kannst Du Dir vorstellen, wie Hormone auf zellulärer Ebene wirken. Hormone können auf direkte Weise wirken, indem sie innerhalb der Zelle an einen Rezeptor binden und so eine Aktivierung bestimmter Gene hervorrufen. Wirken Hormone auf indirekte Weise, binden sie an der Zelloberfläche an einen Rezeptor, das Signal wird dann im Zellinneren über cAMP als second-messenger weitergeleitet und es kommt zur Aktivierung bestimmter Enzyme. Beide Mechanismen machen es möglich, dass durch Hormone eine genaue Regulation vieler Prozesse im menschlichen Körper stattfindet. Bei dem nächsten Adrenalin-Stoß weißt du also ganz genau Bescheid. Tschüss und bis zum nächsten mal!

Zelluläre Hormonwirkung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Zelluläre Hormonwirkung kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe den Prozess der intrazellulären Hormonwirkung.

    Tipps

    Lipophile Hormone binden erst intrazellulär an Rezeptoren.

    Der Komplex aus Hormon und Rezeptor kann Gene der DNA aktivieren.

    Lösung

    Lipophile Hormone wirken direkt in der Zelle, sie diffundieren über die Zellmembran. So auch die Schilddrüsenhormone T3 und T4.

    • Innerhalb der Zelle nehmen die Hormone Kontakt zu einem intrazellulären Rezeptor auf und binden an ihn.
    • Dieser Rezeptor-Hormon-Komplex kann Gene der DNA für die Herstellung bestimmter, gerade benötigter Enzyme aktivieren.
    • Die entsprechenden Gene werden transkribiert und die Informationen weiter translatiert. Die Proteinbiosynthese findet statt.
    • Das fertige Protein (=Enzym) wird schließlich mittels Exozytose ausgeschleust.
  • Ordne die Fachbegriffe der direkten und indirekten Hormonwirkung zu.

    Tipps

    Verdeutliche dir nochmals die Schemata der beiden Wege der Hormonwirkung.

    Überlege, welche Hormone die Zellmembran direkt überwinden können und welche einen second-messenger benötigen.

    Lösung

    Fettlösliche Hormone können die Membran von Zellen durchdringen und so direkt in der Zelle wirken. Dabei bilden sie einen Hormon-Rezeptor-Komplex, welcher bestimmte Genabschnitte auf der DNA aktiviert. Diese Gene werden dann zuerst in m-RNA transkribiert und im Zuge der Proteinbiosynthese in Proteine, z.B. Enzyme, translatiert. Ein Beispiel für diesen direkten Weg ist das Steroidhormon Testosteron. Kann ein Hormon, z.B. Adrenalin, aufgrund seiner chemischen Eigenschaften nicht durch die Zellmembran dringen, bindet es an ein Rezeptormolekül an der Zellmembran. Es enthält einen Enzymkomplex, die Adenylatcyclase. Dabei werden inaktive Enzyme durch den second-messeger c-AMP aktiviert. In beiden Fällen, also direkt und indirekt, bewirken die gebildeten oder aktivierten Enzyme spezifische Reaktionen in den Zellen.

  • Beschreibe die zelluläre Wirkung von Coffein.

    Tipps

    Coffein hemmt den Abbau von c-AMP in den Zellen.

    Lösung

    Coffein hemmt den Abbau von c-AMP in den Zellen. Dies führt zu einer Anreicherung von c-AMP in den Zellen, wodurch eine langanhaltende Wirkung von Adrenalin bedingt wird. So wird eine hohe Konzentrationsfähigkeit und Leistungsbereitschaft bewirkt bei gleichzeitigem Ausbleiben von Ermüdungserscheinungen.

  • Vergleiche die direkte Hormonwirkung mit der second-messenger-Wirkung.

    Tipps

    Welche Eigenschaft müssen Hormone haben, um direkt in die Zelle zu gelangen?

    Wenn das Hormon auf direktem Weg in die Zelle gelangt, muss es die Zellmembran passieren. Wie wird dieser Vorgang bezeichnet?

    Lösung

    Fettlösliche Hormone können die Membran von Zellen durchdringen und so direkt in der Zelle wirken. Dabei bilden sie einen Hormon-Rezeptor-Komplex, welcher bestimmte Genabschnitte auf der DNA aktiviert (Genaktivierung). Diese Gene werden dann zuerst in m-RNA transkribiert und im Zuge der Proteinbiosynthese in Proteine, z.B. Enzyme, translatiert. Ein Beispiel für diesen direkten Weg ist das Steroidhormon Testosteron. Kann ein Hormon, z.B. Adrenalin oder Peptidhormone, aufgrund seiner chemischen Eigenschaften nicht durch die Zellmembran dringen, bindet es an ein Rezeptormolekül auf der Zellmembran. Es enthält einen Enzymkomplex, die Adenylatcyclase. Dabei werden inaktive Enzyme durch den second-messeger c-AMP aktiviert (Enzymaktivierung). In beiden Fällen, also direkt und indirekt, bewirken die gebildeten oder aktivierten Enzyme spezifische Reaktionen in den Zellen.

  • Definiere die Fachbegriffe der Hormonwirkung.

    Tipps

    Testosteron wird auch als Steroidhormon bezeichnet.

    Überlege, wann ein second-messenger erforderlich ist und wann dieser wohl nicht benötigt wird.

    Lösung

    Bei der direkten Hormonwirkung in der Zelle findet eine sofortige Genaktivierung statt, die die Bildung von Enzymen durch Proteinbiosynthese bewirkt. Dabei können fettlösliche Hormone wie z.B. das Steroidhormon Testosteron direkt durch die Zellmembran gelangen und so in der Zelle wirken. Bei manchen Hormonen gelingt dies aufgrund ihrer Eigenschaften nicht. Solche eher wasserlöslichen Hormone wie z.B. das Adrenalin können die Zellmembran nicht passieren und binden an einen Rezeptor, der durch ein Enzym aus ATP den second-messenger c-AMP bildet. Dieser bewirkt die Aktivierung von Enzymen in der Zelle.

  • Beschreibe die Wirkung von Beta-Blockern auf die Rezeptoren des Noradrenalin am Herzmuskel.

    Tipps

    Veranschauliche dir zum besseren Verständnis die Vorgänge an den Synapsen in einer kurzen Skizze eines Fließschemas.

    Ordne erst alle Textabschnitte, die die Wirkung von Noradrenalin am Herzmuskel ohne Beta-Blocker beschreiben. Nimm dir dann die Textabschnitte vor, die die Wirkung des Medikaments erklären.

    Lösung

    Beta-Blocker binden kompetitiv an die Betarezeptoren der Herzmuskelzellen und verhindern das Anheften des Transmitters Noradrenalin. Dies führt zu einer Verlangsamung des Herzschlages. Das Risiko von Nebenwirkungen besteht allerdings. Beispielsweise reagiert der Körper mit Erhöhung der Beta-Rezeptoren auf der Zellmembran der Herzmuskelzellen. Ein plötzliches Absetzen des Medikaments kann zu Herzrasen und einem erhöhten Risiko des Herzinfarkts führen.