Information

Steroidhormon-Signalisierung

Steroidhormon-Signalisierung


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Können die fettlöslichen Hormone (wie Steroidhormone) in jede Zelle gelangen, da sich ihre jeweiligen Rezeptoren im Zytoplasma oder im Zellkern der Zielzellen befinden? Gibt es etwas Besonderes auf der Membran der Zielzellen, das es dem Steroidhormon ermöglicht zu wissen, dass es in diese bestimmte Art von Zellen eindringen und andere meiden muss?

(Peptidhormone funktionieren über verwandte Rezeptoren, die sich auf der Zellmembran der Zielzelle befinden.)


Hinweis: Da mein Fachgebiet Peptidhormone ist, werde ich eine Teilantwort anbieten.

Steroidhormone werden durch den Kreislauf transportiert, indem sie an globuläre Proteine ​​binden. Wenn diese Hormone von Bindungsproteinen freigesetzt werden, ist der klassische Wirkweg die freie Diffusion durch die Zellmembran. Diese Diffusion ist auf ihre aromatische Struktur zurückzuführen. Sie weisen zu Recht darauf hin, dass die klassischen Rezeptoren dieser Hormone im Zytoplasma oder im Zellkern zu finden sind. Zum Beispiel Östrogen-Signalisierung als klassisches Signalisierungs-Template, das genomische (DNA) und nicht-genomische (Protein) Ziele hat, um seine Wirkung zu entfalten.

Nicht-kanonische Signalübertragung kann durch mindestens einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor (GPCR) erfolgen. Im Gegensatz zu den meisten GPCRs, die an der Zellmembran lokalisiert sind, scheint GPR30 im endoplasmatischen Retikulum lokalisiert zu sein, was bedeutet, dass die Steroidsignalisierung immer noch durch kanonische Mittel und auch diesen neueren Weg erfolgt.

Andererseits gibt es auch Steroideffekte, die Ionenkanäle modulieren, zum Beispiel GABA-Rezeptoren. Dies sind keine spezifischen Rezeptoren, bei denen nur ein Steroidhormon wirken kann, aber sie können die Wirkung (zusammen mit anderen Medikamenten) aktivieren oder hemmen.


Hormonelle Signalgebung in Biologie und Medizin

Hormonelle Signalgebung in Biologie und Medizin: Umfassende moderne Endokrinologie umfasst die endokrinen Sekrete, die von jedem Organ produziert werden. Diese umfangreiche Wissenssammlung ist nach Gewebe geordnet und befasst sich mit der Synthese bestimmter Hormone in mehreren Geweben sowie deren Struktur, Funktion und Signalwegen, die für Forscher im Arzneimitteldesign sehr geeignet sind, die sich auf einen bestimmten Schritt entlang des Signalwegs konzentrieren müssen. Dies ist ein unverzichtbares Nachschlagewerk für Forscher in der Endokrinologie und praktizierende Endokrinologen, aber auch ideal für Biochemiker, Pharmakologen, Biologen und Studenten.

Hormonelle Signalgebung in Biologie und Medizin: Umfassende moderne Endokrinologie umfasst die endokrinen Sekrete, die von jedem Organ produziert werden. Diese umfangreiche Wissenssammlung ist nach Gewebe geordnet und befasst sich mit der Synthese bestimmter Hormone in mehreren Geweben sowie deren Struktur, Funktion und Signalwegen, die für Forscher im Arzneimitteldesign sehr geeignet sind, die sich auf einen bestimmten Schritt entlang des Signalwegs konzentrieren müssen. Dies ist ein unverzichtbares Nachschlagewerk für Forscher in der Endokrinologie und praktizierende Endokrinologen, aber auch ideal für Biochemiker, Pharmakologen, Biologen und Studenten.


Steroidhormon-Signalgebung - Biologie

Schaut man sich den Lebenszyklus der Fruchtfliege genauer an, stellt man schnell fest, dass ihr Wachstum auf die drei Larvenstadien beschränkt ist und die Reifung während der Metamorphose stattfindet. Diese zeitliche Trennung wirft eine zentrale Frage auf: Wie entscheidet eine Larve, dass sie genug gewachsen ist und es Zeit für die Reifung ist? Welche Gene und Hormone sind an dieser Entscheidung beteiligt? Ein Teil der Antwort kann durch die Untersuchung der Impulse des Steroidhormons Ecdyson gefunden werden, die jeden der wichtigsten Entwicklungsübergänge auslösen, einschließlich der beiden Häutungen und der Puppenbildung (siehe Abbildung). Bei der Metamorphose wird der gesamte Organismus umgebaut, bis eine geschlechtsreife Fliege schlüpft. Wichtig ist, dass die für die Metamorphose erforderliche Energie während der Larvenstadien gespeichert werden muss, weshalb Larven über ein bestimmtes Schwellengewicht hinaus wachsen müssen, um diesen Prozess aufrechtzuerhalten. Dieses Schwellengewicht ist das sogenannte kritische Gewicht. Ungefähr einen Tag nach Erfüllung dieses Kontrollpunktes löst ein kleiner Ecdyson-Impuls die Beendigung der Nahrungsaufnahme und den Beginn des Wanderverhaltens aus, was schließlich zu einem späten larvalen Ecdyson-Peak und dem Beginn der Metamorphose führt.

Wie misst eine Larve ihr Eigengewicht? Diese Frage ist alles andere als trivial und noch immer nicht gut verstanden. Wir haben eine Mutation in einem nuklearen Rezeptorgen namens DHR4 identifiziert, die für die Störung der Verpuppungsfähigkeit der Tiere bei der richtigen Körpergröße und dem richtigen Gewicht verantwortlich zu sein scheint. Darüber hinaus kann eine Störung der DHR4-Funktion zum vorzeitigen Einsetzen des Wanderverhaltens sowie zur Puppenbildung führen, was darauf hindeutet, dass dieser Kernrezeptor auch für das Entwicklungstiming entscheidend ist.

DHR4 wirkt direkt stromabwärts des Rezeptors für Ecdyson, der – wenig überraschend – Ecdyson-Rezeptor (kurz: EcR) genannt wird, der ebenfalls ein nuklearer Rezeptor ist. Wir sind jedoch mehr an der Rolle von DHR4 in Signalwegen interessiert, die das kritische Gewicht kontrollieren. Wir untersuchen derzeit Phänotypen, die mit einer gewebespezifischen Störung und Überexpression dieses Rezeptors verbunden sind, und verwenden genomische Strategien, um zu bestimmen, welche Prozesse von diesem nukleären Rezeptor reguliert werden.

Der Lebenszyklus einer Fliege im Rahmen der Veränderung des Steroidhormontiters (hier Ecdyson, ein sogenanntes Ecdysteroid). Die Fruchtfliege entwickelt sich durch drei Larvenstadien, bevor sie die Puppenbildung erreicht. Die Larvenstadien werden durch Häutungen getrennt, die durch Ecdyson-Impulse kontrolliert werden. Andere wichtige Entwicklungsereignisse wie das Schlüpfen und der Übergang von einer Larve zu einer Puppe werden ebenfalls durch dieses Hormon gesteuert.


Inhalt

In vielen kleinen Organismen wie Bakterien ermöglicht Quorum Sensing Individuen, eine Aktivität nur zu beginnen, wenn die Population ausreichend groß ist. Diese Signalübertragung zwischen Zellen wurde erstmals beim marinen Bakterium beobachtet Aliivibrio fischeri, die Licht erzeugt, wenn die Bevölkerung dicht genug ist. [10] Der Mechanismus umfasst die Produktion und den Nachweis eines Signalmoleküls und die Regulation der Gentranskription als Reaktion darauf. Quorum Sensing funktioniert sowohl bei grampositiven als auch bei gramnegativen Bakterien und sowohl innerhalb als auch zwischen Spezies. [11]

In Schleimpilzen aggregieren einzelne Zellen, die als Amöben bekannt sind, unter dem Einfluss eines chemischen Signals, das ursprünglich Acrasin genannt wurde, zu Fruchtkörpern und schließlich zu Sporen. Die Individuen bewegen sich durch Chemotaxis, d. h. sie werden vom chemischen Gradienten angezogen. Einige Arten verwenden zyklisches AMP als Signal, andere wie Polysphondylium violaceum andere Moleküle verwenden, in diesem Fall N-Propionyl-Gamma-L-Glutamyl-L-Ornithin-Delta-Lactamethylester, Spitzname Glorin. [12]

Bei Pflanzen und Tieren erfolgt die Signalübertragung zwischen Zellen entweder durch Freisetzung in den extrazellulären Raum, unterteilt in parakrine Signalübertragung (über kurze Distanzen) und endokrine Signalübertragung (über lange Distanzen) oder durch direkten Kontakt, bekannt als juxtakrine Signalübertragung (z. B. Notch-Signalübertragung). . [13] Die autokrine Signalübertragung ist ein Sonderfall der parakrinen Signalübertragung, bei der die sezernierende Zelle die Fähigkeit besitzt, auf das sezernierte Signalmolekül zu reagieren. [14] Die synaptische Signalübertragung ist ein Sonderfall der parakrinen Signalübertragung (für chemische Synapsen) oder juxtakrin Signalübertragung (für elektrische Synapsen) zwischen Neuronen und Zielzellen.

Synthese und Veröffentlichung Bearbeiten

Viele Zellsignale werden von Molekülen getragen, die von einer Zelle freigesetzt werden und sich bewegen, um mit einer anderen Zelle in Kontakt zu treten. Signalmoleküle können mehreren chemischen Klassen angehören: Lipide, Phospholipide, Aminosäuren, Monoamine, Proteine, Glykoproteine ​​oder Gase. Oberflächenrezeptoren bindende Signalmoleküle sind im Allgemeinen groß und hydrophil (z. B. TRH, Vasopressin, Acetylcholin), während diejenigen, die in die Zelle eindringen, im Allgemeinen klein und hydrophob sind (z. B. Glukokortikoide, Schilddrüsenhormone, Cholecalciferol, Retinsäure), aber es gibt zahlreiche wichtige Ausnahmen. und ein gleiches Molekül kann sowohl über Oberflächenrezeptoren als auch intrakrin auf unterschiedliche Wirkungen wirken. [14] In tierischen Zellen setzen spezialisierte Zellen diese Hormone frei und senden sie über das Kreislaufsystem an andere Körperteile. Sie erreichen dann Zielzellen, die die Hormone erkennen und darauf reagieren und ein Ergebnis produzieren können. Dies wird auch als endokrine Signalübertragung bezeichnet. Pflanzenwachstumsregulatoren oder Pflanzenhormone bewegen sich durch Zellen oder diffundieren als Gas durch die Luft, um ihre Ziele zu erreichen. [15] Schwefelwasserstoff wird in kleinen Mengen von einigen Zellen des menschlichen Körpers produziert und hat eine Reihe von biologischen Signalfunktionen. Derzeit sind nur zwei weitere solcher Gase als Signalmoleküle im menschlichen Körper bekannt: Stickstoffmonoxid und Kohlenmonoxid. [16]

Exozytose Bearbeiten

Exozytose ist der Prozess, bei dem eine Zelle Moleküle wie Neurotransmitter und Proteine ​​aus der Zelle transportiert. Als aktiver Transportmechanismus erfordert die Exozytose den Einsatz von Energie, um Material zu transportieren. Exozytose und ihr Gegenstück, die Endozytose, werden von allen Zellen verwendet, da die meisten für sie wichtigen chemischen Substanzen große polare Moleküle sind, die den hydrophoben Teil der Zellmembran nicht passiv passieren können. Exozytose ist der Prozess, bei dem eine große Menge von Molekülen freigesetzt wird, also eine Form des Massentransports. Die Exozytose erfolgt über sekretorische Portale an der Zellplasmamembran, die als Porosomen bezeichnet werden. Porosomen sind permanente becherförmige Lipoproteinstrukturen an der Zellplasmamembran, an denen sekretorische Vesikel vorübergehend andocken und fusionieren, um intravesikulären Inhalt aus der Zelle freizusetzen.

Bei der Exozytose werden membrangebundene sekretorische Vesikel zur Zellmembran transportiert, wo sie an Porosomen andocken und fusionieren und ihr Inhalt (d. h. wasserlösliche Moleküle) in die extrazelluläre Umgebung sezerniert wird. Diese Sekretion ist möglich, weil das Vesikel vorübergehend mit der Plasmamembran verschmilzt. Im Rahmen der Neurotransmission werden Neurotransmitter typischerweise über Exozytose aus synaptischen Vesikeln in den synaptischen Spalt freigesetzt, Neurotransmitter können jedoch auch über reversen Transport durch Membrantransportproteine ​​freigesetzt werden.

Formulare bearbeiten

Autokrin Bearbeiten

Bei der autokrinen Signalübertragung schüttet eine Zelle ein Hormon oder einen chemischen Botenstoff aus (genannt autokriner Wirkstoff), der an autokrine Rezeptoren auf derselben Zelle bindet, was zu Veränderungen in der Zelle selbst führt. [17] Dies kann mit der parakrinen Signalübertragung, der intrakrinen Signalübertragung oder der klassischen endokrinen Signalübertragung verglichen werden.

Parakrine Bearbeiten

Bei der parakrinen Signalübertragung erzeugt eine Zelle ein Signal, um Veränderungen in nahegelegenen Zellen zu induzieren, wodurch das Verhalten dieser Zellen verändert wird. Signalmoleküle, die als parakrine Faktoren bekannt sind, diffundieren über eine relativ kurze Distanz (lokale Wirkung), im Gegensatz zu Zellsignalen durch endokrine Faktoren, Hormone, die über das Kreislaufsystem juxtakrine Wechselwirkungen und autokrine Signalwege erheblich längere Strecken zurücklegen. Zellen, die parakrine Faktoren produzieren, sezernieren diese in die unmittelbare extrazelluläre Umgebung. Faktoren wandern dann zu nahegelegenen Zellen, in denen der Gradient des empfangenen Faktors das Ergebnis bestimmt. Die genaue Entfernung, die parakrine Faktoren zurücklegen können, ist jedoch nicht sicher.

Parakrine Signale wie Retinsäure zielen nur auf Zellen in der Nähe der emittierenden Zelle. [18] Neurotransmitter sind ein weiteres Beispiel für ein parakrines Signal.

Einige Signalmoleküle können sowohl als Hormon als auch als Neurotransmitter fungieren. Adrenalin und Noradrenalin können beispielsweise als Hormone fungieren, wenn sie aus der Nebenniere freigesetzt werden und über die Blutbahn zum Herzen transportiert werden. Noradrenalin kann auch von Neuronen produziert werden, um als Neurotransmitter im Gehirn zu fungieren. [19] Östrogen kann vom Eierstock freigesetzt werden und als Hormon fungieren oder lokal über parakrine oder autokrine Signalwege wirken. [20]

Obwohl die parakrine Signalübertragung eine Vielzahl von Reaktionen in den induzierten Zellen hervorruft, nutzen die meisten parakrinen Faktoren einen relativ schlanken Satz von Rezeptoren und Signalwegen. Tatsächlich ist bekannt, dass verschiedene Organe im Körper – sogar zwischen verschiedenen Spezies – ähnliche parakrine Faktoren bei der unterschiedlichen Entwicklung nutzen. [21] Die hochkonservierten Rezeptoren und Signalwege können auf der Grundlage ähnlicher Strukturen in vier Hauptfamilien eingeteilt werden: Fibroblasten-Wachstumsfaktor-(FGF-)Familie, Hedgehog-Familie, Wnt-Familie und TGF-β-Superfamilie. Die Bindung eines parakrinen Faktors an seinen jeweiligen Rezeptor initiiert Signaltransduktionskaskaden, die unterschiedliche Reaktionen hervorrufen.

Endokrine Bearbeiten

Endokrine Signale werden Hormone genannt. Hormone werden von endokrinen Zellen produziert und wandern durch das Blut, um alle Teile des Körpers zu erreichen. Die Spezifität der Signalübertragung kann kontrolliert werden, wenn nur einige Zellen auf ein bestimmtes Hormon reagieren können. Die endokrine Signalübertragung beinhaltet die Freisetzung von Hormonen durch interne Drüsen eines Organismus direkt in das Kreislaufsystem, wodurch entfernte Zielorgane reguliert werden. Bei Wirbeltieren ist der Hypothalamus das neurale Kontrollzentrum für alle endokrinen Systeme. Beim Menschen sind die wichtigsten endokrinen Drüsen die Schilddrüse und die Nebennieren. Die Erforschung des endokrinen Systems und seiner Störungen wird als Endokrinologie bezeichnet.

Juxtacrin Bearbeiten

Die juxtakrine Signalübertragung ist eine Art von Zell-Zell- oder Zell-Extrazellulärer Matrix-Signalübertragung in vielzelligen Organismen, die engen Kontakt erfordert. Es gibt drei Arten:

  1. Ein Membranligand (Protein, Oligosaccharid, Lipid) und ein Membranprotein zweier benachbarter Zellen interagieren.
  2. Eine kommunizierende Verbindung verbindet die intrazellulären Kompartimente zweier benachbarter Zellen und ermöglicht so den Transit relativ kleiner Moleküle.
  3. Ein extrazelluläres Matrixglycoprotein und ein Membranprotein interagieren.

Darüber hinaus bedeutet die juxtakrine Signalübertragung in einzelligen Organismen wie Bakterien Interaktionen durch Membrankontakt. Bei einigen Wachstumsfaktoren, Zytokin- und Chemokin-Zellsignalen, wurde eine juxtakrine Signalübertragung beobachtet, die eine wichtige Rolle bei der Immunantwort spielt.

Zellen erhalten Informationen von ihren Nachbarn durch eine Klasse von Proteinen, die als Rezeptoren bekannt sind. Rezeptoren können mit einigen Molekülen (Liganden) binden oder mit physikalischen Mitteln wie Licht, mechanischer Temperatur, Druck usw. interagieren. Die Aufnahme erfolgt, wenn die Zielzelle (jede Zelle mit einem für das Signalmolekül spezifischen Rezeptorprotein) ein Signal erkennt, normalerweise in in Form eines kleinen, wasserlöslichen Moleküls, über die Bindung an ein Rezeptorprotein auf der Zelloberfläche oder innerhalb der Zelle kann das Signalmolekül an intrazelluläre Rezeptoren oder andere Elemente binden oder Enzymaktivität (z. B. Gase) stimulieren bei der intrakrinen Signalübertragung.

Signalmoleküle interagieren mit einer Zielzelle als Ligand für Zelloberflächenrezeptoren und/oder indem sie durch ihre Membran oder Endozytose in die Zelle eindringen, um eine intrakrane Signalübertragung zu ermöglichen. Dies führt im Allgemeinen zur Aktivierung von Second Messengers, was zu verschiedenen physiologischen Effekten führt. Bei vielen Säugetieren tauschen frühe Embryozellen Signale mit Zellen der Gebärmutter aus. [22] Im menschlichen Magen-Darm-Trakt tauschen Bakterien untereinander und mit menschlichen Epithel- und Immunsystemzellen Signale aus. [23] Für die Hefe Saccharomyces cerevisiae Während der Paarung senden manche Zellen ein Peptidsignal (Paarungsfaktor-Pheromone) an ihre Umgebung. Das Paarungsfaktorpeptid kann an einen Zelloberflächenrezeptor auf anderen Hefezellen binden und sie dazu veranlassen, sich auf die Paarung vorzubereiten. [24]

Zelloberflächenrezeptoren Bearbeiten

Zelloberflächenrezeptoren spielen eine wesentliche Rolle in den biologischen Systemen ein- und mehrzelliger Organismen und Fehlfunktionen oder Schäden an diesen Proteinen werden mit Krebs, Herzerkrankungen und Asthma in Verbindung gebracht. [25] Diese Transmembranrezeptoren sind in der Lage, Informationen von außerhalb der Zelle nach innen zu übertragen, da sie ihre Konformation ändern, wenn ein bestimmter Ligand daran bindet. Betrachtet man drei Haupttypen von Rezeptoren: Ionenkanal-gekoppelte Rezeptoren, G-Protein-gekoppelte Rezeptoren und Enzym-gekoppelte Rezeptoren).

Ionenkanal-verknüpfte Rezeptoren Bearbeiten

Ionenkanal-gebundene Rezeptoren sind eine Gruppe von Transmembran-Ionenkanalproteinen, die sich öffnen, um Ionen wie Na + , K + , Ca 2+ und/oder Cl – als Reaktion auf die Bindung eines chemischen Botenstoffs durch die Membran zu passieren ( dh ein Ligand), wie ein Neurotransmitter. [26] [27] [28]

Wenn ein präsynaptisches Neuron erregt wird, setzt es einen Neurotransmitter aus Vesikel in den synaptischen Spalt frei. Der Neurotransmitter bindet dann an Rezeptoren, die sich auf dem postsynaptischen Neuron befinden. Wenn diese Rezeptoren ligandengesteuerte Ionenkanäle sind, öffnet eine resultierende Konformationsänderung die Ionenkanäle, was zu einem Ionenfluss durch die Zellmembran führt. Dies wiederum führt entweder zu einer Depolarisation für eine erregende Rezeptorantwort oder zu einer Hyperpolarisation für eine inhibitorische Antwort.

Diese Rezeptorproteine ​​bestehen typischerweise aus mindestens zwei verschiedenen Domänen: einer Transmembrandomäne, die die Ionenpore enthält, und einer extrazellulären Domäne, die die Ligandenbindungsstelle (eine allosterische Bindungsstelle) enthält. Diese Modularität hat einen „Teile und Herrscher“-Ansatz ermöglicht, um die Struktur der Proteine ​​zu finden (jede Domäne separat zu kristallisieren). Die Funktion solcher Rezeptoren an Synapsen besteht darin, das chemische Signal von präsynaptisch freigesetzten Neurotransmittern direkt und sehr schnell in ein postsynaptisches elektrisches Signal umzuwandeln. Viele LICs werden zusätzlich durch allosterische Liganden, durch Kanalblocker, Ionen oder das Membranpotential moduliert. LICs werden in drei Superfamilien eingeteilt, denen eine evolutionäre Verwandtschaft fehlt: Cys-Loop-Rezeptoren, ionotrope Glutamat-Rezeptoren und ATP-gesteuerte Kanäle.

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren Bearbeiten

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind eine große Gruppe evolutionär verwandter Proteine, die Zelloberflächenrezeptoren sind, die Moleküle außerhalb der Zelle erkennen und zelluläre Reaktionen aktivieren. In Verbindung mit G-Proteinen werden sie Sieben-Transmembran-Rezeptoren genannt, weil sie die Zellmembran siebenmal passieren. [29] Liganden können entweder an den extrazellulären N-Terminus und Loops (z. B. Glutamatrezeptoren) oder an die Bindungsstelle innerhalb von Transmembranhelices (Rhodopsin-ähnliche Familie) binden. Sie werden alle durch Agonisten aktiviert, obwohl auch eine spontane Autoaktivierung eines leeren Rezeptors beobachtet werden kann. [29]

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren finden sich nur in Eukaryoten, einschließlich Hefe, Choanoflagellaten [30] und Tieren. Die Liganden, die diese Rezeptoren binden und aktivieren, umfassen lichtempfindliche Verbindungen, Gerüche, Pheromone, Hormone und Neurotransmitter und variieren in ihrer Größe von kleinen Molekülen über Peptide bis hin zu großen Proteinen. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind an vielen Krankheiten beteiligt.

Es gibt zwei Hauptsignaltransduktionswege, an denen die G-Protein-gekoppelten Rezeptoren beteiligt sind: der cAMP-Signalweg und der Phosphatidylinositol-Signalweg. [31] Wenn ein Ligand an den GPCR bindet, bewirkt dies eine Konformationsänderung im GPCR, die es ihm ermöglicht, als Guanin-Nukleotid-Austauschfaktor (GEF) zu fungieren.Der GPCR kann dann ein assoziiertes G-Protein aktivieren, indem er das an das G-Protein gebundene GDP gegen ein GTP austauscht. Die α-Untereinheit des G-Proteins kann dann zusammen mit dem gebundenen GTP von den β- und γ-Untereinheiten dissoziieren, um je nach Typ der α-Untereinheit (Gαs, Gαi/o, Gαq/11, Gα12/13). [32] : 1160

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind ein wichtiges Wirkstoffziel und etwa 34 % [33] aller von der Food and Drug Administration (FDA) zugelassenen Wirkstoffe zielen auf 108 Mitglieder dieser Familie. Das weltweite Verkaufsvolumen dieser Medikamente wird per 2018 auf 180 Milliarden US-Dollar geschätzt [Update] . [33] Es wird geschätzt, dass GPCRs Ziele für etwa 50 % der derzeit auf dem Markt befindlichen Medikamente sind, hauptsächlich aufgrund ihrer Beteiligung an Signalwegen im Zusammenhang mit vielen Krankheiten, z. Sinnesstörungen und Krebs. Die vor langer Zeit entdeckte Assoziation zwischen GPCRs und vielen endogenen und exogenen Substanzen, die z.B. Analgesie, ist ein weiteres sich dynamisch entwickelndes Feld der pharmazeutischen Forschung. [29]

Enzymgebundene Rezeptoren Bearbeiten

Enzymgebundene Rezeptoren (oder katalytische Rezeptoren) sind Transmembranrezeptoren, die bei Aktivierung durch einen extrazellulären Liganden eine enzymatische Aktivität auf der intrazellulären Seite verursachen. [34] Daher ist ein katalytischer Rezeptor ein integrales Membranprotein, das sowohl enzymatische, katalytische als auch Rezeptorfunktionen besitzt. [35]

Sie haben zwei wichtige Domänen, eine extrazelluläre Ligandenbindungsdomäne und eine intrazelluläre Domäne, die eine katalytische Funktion hat, und eine einzelne Transmembranhelix. Das Signalmolekül bindet an den Rezeptor auf der Außenseite der Zelle und bewirkt eine Konformationsänderung der katalytischen Funktion, die sich auf dem Rezeptor im Inneren der Zelle befindet. Beispiele für die enzymatische Aktivität sind:

Intrazelluläre Rezeptoren Bearbeiten

Steroidhormonrezeptor Bearbeiten

Steroidhormonrezeptoren finden sich im Zellkern, im Zytosol und auch auf der Plasmamembran von Zielzellen. Sie sind im Allgemeinen intrazelluläre Rezeptoren (typischerweise zytoplasmatisch oder nukleär) und initiieren die Signaltransduktion für Steroidhormone, die über einen Zeitraum von Stunden bis Tagen zu Veränderungen der Genexpression führen. Die am besten untersuchten Steroidhormonrezeptoren sind Mitglieder der Kernrezeptor-Unterfamilie 3 (NR3), die Rezeptoren für Östrogen (Gruppe NR3A) [37] und 3-Ketosteroide (Gruppe NR3C) umfasst. [38] Neben nuklearen Rezeptoren fungieren mehrere G-Protein-gekoppelte Rezeptoren und Ionenkanäle als Zelloberflächenrezeptoren für bestimmte Steroidhormone.

Bei der Bindung an das Signalmolekül verändert sich das Rezeptorprotein in irgendeiner Weise und startet den Transduktionsprozess, der in einem einzigen Schritt oder als eine Reihe von Veränderungen in einer Abfolge verschiedener Moleküle erfolgen kann (sogenannter Signaltransduktionsweg). Die Moleküle, aus denen diese Wege bestehen, werden als Relaismoleküle bezeichnet. Der mehrstufige Prozess der Transduktionsstufe besteht oft aus der Aktivierung von Proteinen durch Hinzufügen oder Entfernen von Phosphatgruppen oder sogar der Freisetzung anderer kleiner Moleküle oder Ionen, die als Botenstoffe fungieren können. Die Verstärkung eines Signals ist einer der Vorteile dieser mehrstufigen Sequenz. Weitere Vorteile sind mehr Möglichkeiten zur Regulierung als einfachere Systeme und die Feinabstimmung der Reaktion sowohl bei einzelligen als auch bei mehrzelligen Organismen. [fünfzehn]

In einigen Fällen ist die Rezeptoraktivierung, die durch die Ligandenbindung an einen Rezeptor verursacht wird, direkt an die Reaktion der Zelle auf den Liganden gekoppelt. Beispielsweise kann der Neurotransmitter GABA einen Zelloberflächenrezeptor aktivieren, der Teil eines Ionenkanals ist. GABA bindet an ein GABAEIN Rezeptor auf einem Neuron öffnet einen Chlorid-selektiven Ionenkanal, der Teil des Rezeptors ist. GABAEIN Durch die Rezeptoraktivierung können sich negativ geladene Chloridionen in das Neuron bewegen, was die Fähigkeit des Neurons hemmt, Aktionspotentiale zu erzeugen. Bei vielen Zelloberflächenrezeptoren sind Ligand-Rezeptor-Wechselwirkungen jedoch nicht direkt mit der Antwort der Zelle verbunden. Der aktivierte Rezeptor muss zuerst mit anderen Proteinen innerhalb der Zelle interagieren, bevor die endgültige physiologische Wirkung des Liganden auf das Verhalten der Zelle erzeugt wird. Häufig wird das Verhalten einer Kette mehrerer interagierender Zellproteine ​​nach der Rezeptoraktivierung verändert. Der gesamte Satz von Zellveränderungen, die durch die Rezeptoraktivierung induziert werden, wird als Signalübertragungsmechanismus oder Signalweg bezeichnet. [39]

Ein komplexerer Signaltransduktionsweg ist in Abbildung 3 dargestellt. Dieser Signalweg beinhaltet Veränderungen der Protein-Protein-Wechselwirkungen innerhalb der Zelle, die durch ein externes Signal induziert werden. Viele Wachstumsfaktoren binden an Rezeptoren an der Zelloberfläche und stimulieren die Zellen, den Zellzyklus zu durchlaufen und sich zu teilen. Mehrere dieser Rezeptoren sind Kinasen, die beginnen, sich selbst und andere Proteine ​​zu phosphorylieren, wenn sie an einen Liganden binden. Diese Phosphorylierung kann eine Bindungsstelle für ein anderes Protein erzeugen und somit eine Protein-Protein-Interaktion induzieren. In Abbildung 3 bindet der Ligand (genannt epidermaler Wachstumsfaktor oder EGF) an den Rezeptor (genannt EGFR). Dadurch wird der Rezeptor aktiviert, um sich selbst zu phosphorylieren. Der phosphorylierte Rezeptor bindet an ein Adapterprotein (GRB2), das das Signal an weitere nachgeschaltete Signalprozesse koppelt. Beispielsweise wird einer der aktivierten Signaltransduktionswege als Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK) bezeichnet. Die im Signalweg als "MAPK" bezeichnete Signalübertragungskomponente wurde ursprünglich als "ERK" bezeichnet, daher wird der Signalweg als MAPK/ERK-Weg bezeichnet. Das MAPK-Protein ist ein Enzym, eine Proteinkinase, die Phosphat an Zielproteine ​​wie den Transkriptionsfaktor MYC binden und so die Gentranskription und letztendlich den Zellzyklusverlauf verändern kann. Viele zelluläre Proteine ​​werden stromabwärts der Wachstumsfaktorrezeptoren (wie EGFR) aktiviert, die diesen Signalübertragungsweg initiieren. [ Zitat benötigt ]

Einige Signalübertragungswege reagieren unterschiedlich, je nachdem, wie viel Signal die Zelle empfängt. Beispielsweise aktiviert das Hedgehog-Protein unterschiedliche Gene, abhängig von der Menge des vorhandenen Hedgehog-Proteins. [ Zitat benötigt ]

Komplexe Mehrkomponenten-Signaltransduktionswege bieten Möglichkeiten für Feedback, Signalverstärkung und Interaktionen innerhalb einer Zelle zwischen mehreren Signalen und Signalwegen. [ Zitat benötigt ]

Eine spezifische zelluläre Antwort ist das Ergebnis des transduzierten Signals in der Endphase der Zellsignalisierung. Diese Reaktion kann im Wesentlichen jede zelluläre Aktivität sein, die in einem Körper vorhanden ist. Es kann die Neuordnung des Zytoskeletts oder sogar als Katalyse durch ein Enzym anregen. Diese drei Schritte der Zellsignalisierung stellen alle sicher, dass sich die richtigen Zellen zur richtigen Zeit und synchron mit anderen Zellen und ihren eigenen Funktionen im Organismus wie befohlen verhalten. Am Ende führt das Ende eines Signalweges zur Regulation einer zellulären Aktivität. Diese Reaktion kann im Zellkern oder im Zytoplasma der Zelle stattfinden. Ein Großteil der Signalwege steuert die Proteinsynthese, indem sie bestimmte Gene im Zellkern an- und abschaltet. [40]

In einzelligen Organismen wie Bakterien können Signale genutzt werden, um Gleichaltrige aus einem Ruhezustand zu „aktivieren“, die Virulenz zu steigern, sich gegen Bakteriophagen zu verteidigen usw. [41] hat das Potenzial, eine positive Rückkopplungsschleife zu erzeugen, die eine koordinierte Reaktion erzeugt. Die Signalmoleküle werden in diesem Zusammenhang als Autoinduktoren bezeichnet. [42] [43] [44] Dieser Signalmechanismus könnte an der Evolution von einzelligen zu mehrzelligen Organismen beteiligt gewesen sein. [42] [45] Bakterien nutzen auch kontaktabhängige Signale, insbesondere um ihr Wachstum zu begrenzen. [46]

Signalmoleküle, die von vielzelligen Organismen verwendet werden, werden oft Pheromone genannt. Sie können zum Beispiel vor Gefahren warnen, die Nahrungsversorgung anzeigen oder die Fortpflanzung unterstützen. [47]

Kurzfristige Zellreaktionen Bearbeiten

Kurzer Überblick über einige Signalwege (basierend auf Rezeptorfamilien), die zu kurz wirkenden zellulären Antworten führen
Rezeptorfamilie Beispiel für Liganden/Aktivatoren (Klammer: Rezeptor dafür) Beispiel für Effektoren Weitere nachgelagerte Effekte
Ligandengesteuerte Ionenkanäle Acetylcholin
(wie Nikotin-Acetylcholin-Rezeptor),
Änderungen der Membranpermeabilität Änderung des Membranpotentials
Sieben Helix-Rezeptor Licht (Rhodopsin),
Dopamin (Dopaminrezeptor),
GABA (GABA-Rezeptor),
Prostaglandin (Prostaglandinrezeptor) usw.
Trimeres G-Protein Adenylatcyclase,
cGMP-Phosphodiesterase,
G-Protein-gesteuerter Ionenkanal usw.
Zwei Komponenten Diverse Aktivatoren Histidinkinase Reaktionsregulator - Geißelbewegung, Genexpression
Membran-Guanylyl-Cyclase Vorhof-natriuretisches Peptid,
Seeigel-Ei-Peptid usw.
cGMP Regulation von Kinasen und Kanälen – Diverse Aktionen
Zytoplasmatische Guanylylcyclase Stickoxid (Stickoxid-Rezeptor) cGMP Regulation von cGMP-gesteuerten Kanälen, Kinasen
Integrine Fibronektin, andere extrazelluläre Matrixproteine Nichtrezeptor-Tyrosinkinase Vielfältige Reaktion

Regulierung der Genaktivität Bearbeiten

Kurzer Überblick über einige Signalwege (basierend auf Rezeptorfamilien), die die Genaktivität kontrollieren
Frizzled (Sondertyp des 7Helix-Rezeptors) Wn Zerzaust, Axin - APC, GSK3-beta - Beta-Catenin Genexpression
Zwei Komponenten Diverse Aktivatoren Histidinkinase Reaktionsregulator - Geißelbewegung, Genexpression
Rezeptor Tyrosinkinase Insulin (Insulinrezeptor),
EGF (EGF-Rezeptor),
FGF-Alpha, FGF-Beta usw. (FGF-Rezeptoren)
Ras, MAP-Kinasen, PLC, PI3-Kinase Veränderung der Genexpression
Zytokin-Rezeptoren Erythropoietin,
Wachstumshormon (Wachstumshormonrezeptor),
IFN-Gamma (IFN-Gamma-Rezeptor) usw.
JAK-Kinase STAT-Transkriptionsfaktor - Genexpression
Tyrosinkinase Linked- Rezeptoren MHC-Peptid-Komplex - TCR, Antigene - BCR Zytoplasmatische Tyrosinkinase Genexpression
Rezeptor-Serin/Threonin-Kinase Aktivin (Aktivinrezeptor),
Inhibin,
Knochenmorphogenetisches Protein (BMP-Rezeptor),
TGF-beta
Smad Transkriptionsfaktoren Kontrolle der Genexpression
Sphingomyelinase-verknüpfte Rezeptoren IL-1 (IL-1-Rezeptor),
TNF (TNF-Rezeptoren)
Ceramid-aktivierte Kinasen Genexpression
Zytoplasmatische Steroidrezeptoren Steroide,
Schilddrüsenhormone,
Retinsäure usw
Arbeite als / interagiere mit Transkriptionsfaktoren Genexpression

Notch-Signalweg Bearbeiten

Notch ist ein Zelloberflächenprotein, das als Rezeptor fungiert. Tiere haben einen kleinen Satz von Genen, die für Signalproteine ​​kodieren, die spezifisch mit Notch-Rezeptoren interagieren und eine Reaktion in Zellen stimulieren, die Notch auf ihrer Oberfläche exprimieren. Moleküle, die Rezeptoren aktivieren (oder in einigen Fällen inhibieren) können als Hormone, Neurotransmitter, Zytokine und Wachstumsfaktoren, im Allgemeinen als Rezeptorliganden bezeichnet, klassifiziert werden. Liganden-Rezeptor-Interaktionen, wie die der Notch-Rezeptor-Interaktion, sind bekanntermaßen die Hauptinteraktionen, die für Zellsignalisierungsmechanismen und Kommunikation verantwortlich sind. [52] notch fungiert als Rezeptor für Liganden, die auf benachbarten Zellen exprimiert werden. Während einige Rezeptoren Proteine ​​auf der Zelloberfläche sind, befinden sich andere im Inneren von Zellen. Östrogen ist beispielsweise ein hydrophobes Molekül, das die Lipiddoppelschicht der Membranen passieren kann. Als Teil des endokrinen Systems können intrazelluläre Östrogenrezeptoren aus einer Vielzahl von Zelltypen durch in den Eierstöcken produziertes Östrogen aktiviert werden.

Im Fall der Notch-vermittelten Signalisierung kann der Signalübertragungsmechanismus relativ einfach sein. Wie in Abbildung 2 gezeigt, kann die Aktivierung von Notch dazu führen, dass das Notch-Protein durch eine Protease verändert wird. Ein Teil des Notch-Proteins wird von der Zelloberflächenmembran freigesetzt und ist an der Genregulation beteiligt. Die Zellsignalforschung umfasst die Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Dynamik beider Rezeptoren und der Komponenten von Signalwegen, die von Rezeptoren in verschiedenen Zelltypen aktiviert werden. [53] [54] Neue Methoden zur Einzelzell-Massenspektrometrie-Analyse versprechen die Untersuchung der Signaltransduktion mit Einzelzellauflösung. [55]

Bei der Notch-Signalübertragung ermöglicht der direkte Kontakt zwischen Zellen eine präzise Kontrolle der Zelldifferenzierung während der Embryonalentwicklung. Im Wurm Caenorhabditis elegans, haben zwei Zellen der sich entwickelnden Keimdrüse jeweils die gleiche Chance, sich terminal zu differenzieren oder zu einer sich weiter teilenden Uterusvorläuferzelle zu werden. Die Wahl, welche Zelle sich weiter teilt, wird durch die Konkurrenz der Zelloberflächensignale gesteuert. Eine Zelle produziert zufällig mehr von einem Zelloberflächenprotein, das den Notch-Rezeptor der benachbarten Zelle aktiviert. Dies aktiviert eine Rückkopplungsschleife oder ein System, das die Notch-Expression in der sich differenzierenden Zelle reduziert und das Notch auf der Oberfläche der Zelle erhöht, die als Stammzelle fortbesteht. [56]


Die Koordination der hormonellen Signalübertragung und des Nährstoffstoffwechsels treibt den kritischen Übergang des Lebenszyklus voran

Eine erwachsene Fruchtfliege, die aus einer Puppe auftaucht. Ein RIKEN-Forscher hat untersucht, welche Rolle Steroidsignale beim Glukosestoffwechsel beim Übergang ins Puppenstadium spielen. Bildnachweis: Dr. Jeremy Burgess/Science Photo Library

Ein Biologe von RIKEN hat herausgefunden, wie Steroidsignale den Abbau von Zuckermolekülen in Fruchtfliegen regulieren, um den Larven die Energie zu liefern, die sie für das Puppenstadium benötigen. Dieses Ergebnis könnte weitreichendere Auswirkungen haben, die sich auf Veränderungen in der Lebensphase von Menschen erstrecken können.

Steroidhormone regulieren viele Entwicklungsübergänge bei Tieren, von der Metamorphose bei Insekten bis zur Pubertät beim Menschen. Doch die Verbindungen, die den Energiestoffwechsel bei diesen biologischen Ereignissen bestimmen, wurden lange übersehen.

„Erhebliche Veränderungen des Stoffwechsels und der Körperzusammensetzung treten auch beim Menschen auf, zunächst während der Embryonalentwicklung und dann in der Adoleszenz“, stellt Takashi Nishimura vom RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research fest. „Daher kann meine Arbeit über die Verbindung von Steroiden und Nährstoffen in Fliegen zu einem tieferen Verständnis der Stoffwechselveränderungen beitragen, die für Lebensstadien im Allgemeinen spezifisch sind.“

In seiner vorliegenden Studie konzentrierte sich Nishimura auf das 12-Stunden-Fenster, nachdem Fruchtfliegenlarven zum ersten Mal ein verhärtetes Exoskelett um ihre Madenkörper herum aufgebaut haben und in das Puppenstadium eintreten, in dem sich der erwachsene Körper bildet. Dieser Prozess beginnt mit einem Puls der Steroidproduktion. Nishimura zeigte, dass das Steroid dann mit einem Hormonrezeptor interagiert, um ein Enzym zu aktivieren, das an der Umwandlung eines Zuckers, der in der blutähnlichen Hämolymphe von Fliegen gefunden wird, in Glukose beteiligt ist – eine wesentliche Energiequelle, die benötigt wird, um die Bausteine ​​und Zellmaterialien zu bilden, wenn sich Larven in Erwachsene verwandeln .

Die zusätzliche Glukose fördert nicht nur diese Entwicklungsveränderungen, sondern regt auch die Synthese von mehr Steroidhormonen an, ein Signal, das erforderlich ist, um den Übergang zur Puppe abzuschließen.

Die Ergebnisse zeigen somit die enge Verbindung zwischen Stoffwechsel und hormoneller Signalgebung auf eine Weise, die über die zeitlichen Skalen hinweg stark reguliert wird. Sie zeigen auch, wie der Nährstoffstoffwechsel durch seine bioenergetischen und Botenfunktionen mechanistisch mit zellulären und Entwicklungsprogrammen verknüpft ist.

„Dieser Entwicklungsübergang ist durch die Wirkung von Steroidhormonen elegant mit dem Nährstoffstoffwechsel gekoppelt, einem biologischen System, das bei Bedarf zelluläre Energie und Materialien bereitstellt“, erklärt Nishimura.

Nishimuras Demonstration der komplexen und miteinander verbundenen Funktionen von Stoffwechsel und Hormonen in der sich entwickelnden Fruchtfliege, einem Labormodell, könnte auch dazu beitragen, Krankheitszustände wie Krebs zu erklären, die auftreten, wenn das empfindliche Gleichgewicht dieser Prozesse aus dem Ruder läuft. "Metamorphose ist spezifisch für Insekten", bemerkt Nishimura, "aber steroidgetriebene relevante Phänomene bei Säugetieren sind sowohl für die Gesundheit als auch für die Krankheit weit verbreitet." Seine Erkenntnisse könnten daher weitreichende Konsequenzen für die Biologie im Allgemeinen haben, einschließlich unserer eigenen.


Hormone: Zellsignalisierung, Definition und chemische Natur von Hormonen

Lebende Organismen steuern und koordinieren ihre Aktivitäten durch komplexe chemische Signale.

In vielzelligen Organismen kommunizieren benachbarte Zellen über Plasmodesmata (bei Pflanzen) und Gap Junctions (bei Tieren).

Eine Zelle kann jedoch entfernte Zellen kommunizieren, indem sie eine Vielzahl von Signalmolekülen wie parakrine Signale (Neurohormone), endokrine Signale (Hormone), synaptische Signale (Neurotransmitter) und gasförmige Signale (z. B. NO, Stickoxid) freisetzt.

Viele Organismen setzen Pheromone frei, die das Verhalten anderer Organismen derselben Art verändern. Einige Algen und Tiere setzen beispielsweise Pheromone frei, um das andere Geschlecht anzulocken. Einige Stämme von Streptococcus faecalis, grampositiven Bakterien, sezernieren Pheromone, die eine Konjugation induzieren. Die Signalmoleküle binden an spezifische Rezeptorproteine ​​auf oder innerhalb der Zelloberfläche, die Genexpression, Differenzierung und Metabolismus induzieren oder unterdrücken.

Hormone sind organische Verbindungen, die natürlicherweise in geringer Konzentration von endokrinen Zellen sezerniert werden und einen Einfluss auf physiologische Prozesse in vielzelligen Organismen ausüben. Hormone werden auch als Botenstoffe, Informationsmoleküle oder endokrine Signale bezeichnet. Die Hormone wirken im Allgemeinen stimulierend. Die Hormone mit hemmender Wirkung werden Chalone genannt. Bayliss und Straling (1904) prägten den Begriff ‘Hormon’, um die Natur der Sekretion zu beschreiben, dem ersten entdeckten tierischen Hormon. Went (1928) entdeckte das erste Pflanzenhormon Auxin.

Chemische Natur der Hormone:

Auf der Grundlage der chemischen Zusammensetzung werden Hormone in folgende Typen eingeteilt:

Diese leiten sich von den Aminosäuren Tyrosin und Tryptophan ab und haben eine Aminogruppe (-NH2). Z.B. Thyroxin, Adrenalin, Nor-Epinephrin, Histamin usw.

(b) Steroidhormone:

Diese werden aus Cholesterin gewonnen, z.B. Androgene, Östrogene, Progesteron etc.

(c) Polypeptidhormone:

Sie bestehen aus weniger als 100 Aminosäuren. Kurze Peptidhormone sind zum Beispiel Oxytocin, ADH (antidiuretisches Hormon), MSH (Melanozyten-stimulierendes Hormon). Die langen Peptidhormone sind Insulin, Glukagone, ACTH, Teilhormone etc.

(d) Proteinhaltige Hormone:

Im Allgemeinen aus mehr als 100 Aminosäuren zusammengesetzt, z. B. LH, FSH, STH, LH und FSH sind Glykoproteinhormone.

(e) Ecosanoide (Gr. ecosn = 20):

Diese leiten sich von Arachidonsäure ab, einer C-20-Fettsäure mit 4 Doppelbindungen, z. B. Prostaglandinen, Thrombaxanen und Leukotrienen. Diese werden lokale Hormone genannt, weil sie kurzlebig sind und autokrine und parakrine Wirkung haben.

Auf der Grundlage der Löslichkeit können Hormone entweder lipophil oder hpophob sein. Die lipophilen Hormone sind fettlöslich, z. B. Steroidhormone, Thyroxin und Renenoide. Alle anderen Hormone sind hydrophil, wasserlöslich und binden zur Wirkung an den Zelloberflächenrezeptor.

Auf der Grundlage der Entfernung, über die sie wirken, gibt es folgende Arten von Hormonen:

Sie wirken auf dieselben Zellen, aus denen sie freisetzen, z. B. Interleukine (1L-1,2), die die T-Zell-Proliferation stimulieren.

(ii) Parakrine Hormone:

Sie wirken auf benachbarte Zellen ihrer Sekretion, z. B. Prostaglandine.

(iii) Endokrine Hormone:

Sie wirken auf entfernte Zellen von der Seite ihrer Freisetzung, z. B. Insulin.

(f) Brassinosteroide (= Brassins, BRs):

Sie sind natürliche Wachstumsförderer, die aus Campesterol synthetisiert werden. Sie sind strukturell den tierischen Steroidhormonen ähnlich. Sie wurden erstmals von Grove et al. (1979) in Pollen von Brassica napus (Rapssamen) isoliert. Bis heute wurden 40 freie BRs und 4 BR-Konjugate entdeckt. Sie fanden sich in einer Vielzahl von Pflanzenarten, in Algen, Pteridophyten, Gymnospermen und Angiospermen. Sie werden in allen Pflanzenteilen und meist in unreifen Samen, Wurzeln und Blättern synthetisiert. Brassinosteroide fördern die Zellteilung, Zellverlängerung, Stammkrümmung, Entwicklung von Gefäßgewebe und Fortpflanzungsorganen.

Sie sind Oligosaccharide mit hormonellen Eigenschaften, die von Pflanzenzellwänden freigesetzt werden. Sie lösen Abwehrreaktionen gegen Pilzbefall aus. Es ist bekannt, dass sie die Auxin-stimulierte apikale Dominanz von Erbsenstängeln, die Wurzelbildung in Tabak usw. hemmen.

Sie sind die Verbindungen mit mehr als einer Amingruppe, synthetisiert aus den Aminosäuren Lysin, Arginin, z.B. Putrescin und Spermidin usw. Sie haben eine gewisse Wirkung auf das Wachstum und die Entwicklung der Zellteilung. Putrescine H2N-(CH2) NH2 Niveausteigerung der Stressreaktion.

Organische Verbindungen oder Biomoleküle sind das universelle Vorkommen aller lebenden Organismen. Zur Analyse der Arten von organischen Verbindungen, die in lebenden Organismen vorkommen, nehmen Sie lebendes Gewebe (ein Stück Gemüse oder Leber usw.) und mahlen Sie es mit Trichloressigsäure, um eine dicke Aufschlämmung oder ein Homogenat zu erhalten. Der Vorgang des Mahlens zum Aufbrechen der Zellen wird als Homogenisierung bezeichnet, die normalerweise in einem Hochgeschwindigkeitsmischer oder mit Mörser und Stößel durchgeführt wird.

Wenn das Homogenat filtriert wird, erhalten wir 2 Fraktionen, d. h. ein Filtrat namens säurelöslicher Pool und das Retentat namens säureunlöslicher Pool. Die in beiden Pools (Fraktionen) gefundenen Biomoleküle. Der säurelösliche Pool enthält normalerweise die zytoplasmatische Zusammensetzung, während die säureunlösliche Fraktion Makromoleküle aus Zytosol und Organellen enthält.

Auf der Grundlage des Molekulargewichts (MW) und der Löslichkeit gibt es zwei Arten von Biomolekülen, Mikromoleküle und Makromoleküle. Mikromoleküle sind organische Verbindungen mit niedrigem MW (weniger als 100 Dalton), die normalerweise in säurelöslichen Pools vorkommen. Zum Beispiel Zucker, Aminosäuren, Nukleotide, Vitamine usw.

Mikromoleküle werden oft als Bausteinmoleküle oder Monomere bezeichnet, die kovalent miteinander verbunden sind, um Makromoleküle oder Polymere zu bilden. Makromoleküle sind organische Verbindungen mit hohem MW (etwa 1000 Dalton oder mehr), die gewöhnlich in säureunlöslichen Fraktionen oder makromolekularen Fraktionen, z. B. Proteinen, Nukleinsäuren, Polysacchariden und Lipiden, gefunden werden.

Obwohl Lipide in makromolekularen Fraktionen vorkommen, sind sie tatsächlich Mikromoleküle, deren Molekulargewichte d oder A 800 Da überschreiten. Die Nukleinsäuren und Proteine ​​werden als Informationsmoleküle bezeichnet. Die große Größe und 3D-Form von Makromolekülen ermöglicht es ihnen, als Strukturkomponenten, Enzyme, Nährstoffspeicher, molekulare Botenstoffe und Quellen genetischer Informationen zu fungieren.


28.1 Arten von Hormonen

In diesem Abschnitt gehen Sie den folgenden Fragen nach:

  • Welche verschiedenen Arten von Hormonen gibt es?
  • Welche Rolle spielen Hormone bei der Aufrechterhaltung der Homöostase?

Anschluss für AP ® Kurse

Viele Informationen über die verschiedenen Organsysteme von Tieren liegen nicht im Rahmen von AP ® . Das endokrine System wurde jedoch für eine eingehende Studie ausgewählt, da die Fähigkeit eines Tieres, Informationen zu erkennen, zu übertragen und darauf zu reagieren, überlebenswichtig ist. Das endokrine und das Nervensystem arbeiten zusammen, um die Homöostase aufrechtzuerhalten und die physiologische Aktivität anzupassen, wenn sich die äußeren oder inneren Umweltbedingungen ändern. Das Nervensystem arbeitet, indem es Aktionspotentiale entlang von Neuronen erzeugt. Das endokrine System verwendet chemische Botenstoffe, die Hormone genannt werden, die von Drüsen freigesetzt werden, zu Zielzellen wandern und eine Reaktion der Zielzelle auslösen. Für AP ® wird nicht erwartet, dass Sie sich eine Wäscheliste der verschiedenen endokrinen Drüsen, ihrer Hormone und der Wirkung jedes Hormons merken. Sie sollten jedoch in der Lage sein, ein Diagramm zu interpretieren, das die Aktivität eines hormonellen Signals zeigt. Wir werden einige dieser Beispiele in Wie Hormone funktionieren kurz beschreiben.

Es gibt drei Arten von Hormonen, die nach molekularer Struktur und Eigenschaften klassifiziert werden. (Wir haben Struktur-Funktions-Beziehungen auf molekularer Ebene im Kapitel über biologische Makromoleküle untersucht.) Lipid-abgeleitete Hormone sind fettlöslich und können durch die Zellmembranen diffundieren, da sie unpolar sind. Die meisten Lipidhormone werden von Cholesterin abgeleitet, Beispiele umfassen Steroide wie Östrogen und Testosteron. Da Lipidhormone durch Zellmembranen diffundieren können, befinden sich ihre Rezeptoren im Zytoplasma der Zielzellen. Die von Aminosäuren abgeleitete Hormone sind relativ kleine Moleküle, die von den Aminosäuren Tyrosin und Tryptophan abgeleitet sind, Beispiele umfassen Epinephrin, Noradrenalin, Thyroxin und Melatonin. Peptidhormone wie Oxytocin und Wachstumshormon bestehen aus Polypeptidketten von Aminosäuren. Da diese Hormone wasserlöslich und in Lipiden unlöslich sind, können sie die Plasmamembran der Zellen nicht passieren, ihre Rezeptoren befinden sich auf der Oberfläche der Zielzellen.

Die präsentierten Informationen und die hervorgehobenen Beispiele im Abschnitt unterstützen die Konzepte, die in Big Idea 3 und Big Idea 4 des AP ® Biologie-Curriculum-Frameworks skizziert sind. Die im Curriculum Framework aufgeführten AP ® -Lernziele bieten eine transparente Grundlage für den AP ® -Biologiekurs, eine forschungsbasierte Laborerfahrung, Unterrichtsaktivitäten und AP ® -Prüfungsfragen. Ein Lernziel verbindet erforderliche Inhalte mit einer oder mehreren der sieben wissenschaftlichen Praktiken.

Große Idee 3 Lebende Systeme speichern, rufen, übertragen und reagieren auf Informationen, die für Lebensprozesse unerlässlich sind.
Dauerhaftes Verständnis 3.D Zellen kommunizieren, indem sie chemische Signale erzeugen, senden und empfangen.
Grundlegendes Wissen 3.D.1 Zellkommunikationsprozesse haben gemeinsame Merkmale, die eine gemeinsame Evolutionsgeschichte widerspiegeln.
Wissenschaftliche Praxis 6.2 Der Student kann Erklärungen von Phänomenen aufbauen, die auf Beweisen basieren, die durch wissenschaftliche Praktiken gewonnen wurden.
Lernziel 3.33 Der Student ist in der Lage, anhand von Darstellungen und Modellen Merkmale eines Zell-Signalwegs zu beschreiben.
Große Idee 4 Biologische Systeme interagieren, und diese Systeme und ihre Interaktionen besitzen komplexe Eigenschaften.
Beständiges Verständnis 4.A Wechselwirkungen innerhalb biologischer Systeme führen zu komplexen Eigenschaften.
Grundlegendes Wissen 4.A.1 Die Unterkomponenten biologischer Moleküle und ihre Sequenz bestimmen die Eigenschaften dieses Moleküls.
Wissenschaftliche Praxis 7.1 Die Studierenden können Phänomene und Modelle über räumliche und zeitliche Skalen hinweg verbinden.
Lernziel 4.1 Der Student ist in der Lage, den Zusammenhang zwischen der Sequenz und den Teilkomponenten eines biologischen Polymers und dessen Eigenschaften zu erklären.

Die Aufrechterhaltung der Homöostase im Körper erfordert die Koordination vieler verschiedener Systeme und Organe. Die Kommunikation zwischen benachbarten Zellen und zwischen Zellen und Geweben in entfernten Körperteilen erfolgt durch die Freisetzung von Chemikalien, die als Hormone bezeichnet werden. Hormone werden in Körperflüssigkeiten (normalerweise Blut) freigesetzt, die diese Chemikalien zu ihren Zielzellen transportieren. An den Zielzellen, das sind Zellen, die einen Rezeptor für ein Signal oder einen Liganden einer Signalzelle besitzen, lösen die Hormone eine Reaktion aus. Die Hormone produzierenden Zellen, Gewebe und Organe bilden das endokrine System. Beispiele für Drüsen des endokrinen Systems sind die Nebennieren, die Hormone wie Adrenalin und Noradrenalin produzieren, die Reaktionen auf Stress regulieren, und die Schilddrüse, die Schilddrüsenhormone produziert, die den Stoffwechsel regulieren.

Obwohl es viele verschiedene Hormone im menschlichen Körper gibt, können sie aufgrund ihrer chemischen Struktur in drei Klassen eingeteilt werden: Lipid-, Aminosäure- und Peptidhormone (Peptid und Proteine). Eines der wichtigsten Unterscheidungsmerkmale von Lipid-abgeleiteten Hormonen ist, dass sie durch die Plasmamembranen diffundieren können, während dies bei Aminosäure-abgeleiteten Hormonen und Peptidhormonen nicht möglich ist.

Lipid-abgeleitete Hormone (oder Lipid-lösliche Hormone)

Die meisten Lipidhormone werden von Cholesterin abgeleitet und sind diesem daher strukturell ähnlich, wie in Abbildung 28.2 dargestellt. Die Hauptklasse der Lipidhormone beim Menschen sind die Steroidhormone. Chemisch gesehen sind diese Hormone normalerweise Ketone oder Alkohole, ihre chemischen Namen enden auf „-ol“ für Alkohole oder „-one“ für Ketone. Beispiele für Steroidhormone sind Östradiol, das ein Östrogenoder weibliches Sexualhormon und Testosteron, das ein Androgen ist, oder männliches Sexualhormon. Diese beiden Hormone werden von den weiblichen bzw. männlichen Fortpflanzungsorganen ausgeschüttet. Andere Steroidhormone sind Aldosteron und Cortisol, die zusammen mit einigen anderen Arten von Androgenen von den Nebennieren freigesetzt werden. Steroidhormone sind wasserunlöslich und werden durch Transportproteine ​​im Blut transportiert. Dadurch bleiben sie länger im Kreislauf als Peptidhormone. Cortisol hat beispielsweise eine Halbwertszeit von 60 bis 90 Minuten, während Adrenalin, ein von Aminosäuren abgeleitetes Hormon, eine Halbwertszeit von etwa einer Minute hat.

Von Aminosäuren abgeleitete Hormone

Die von Aminosäuren abgeleiteten Hormone sind relativ kleine Moleküle, die von den Aminosäuren Tyrosin und Tryptophan abgeleitet sind, wie in Abbildung 28.3 gezeigt. Wenn ein Hormon von Aminosäuren abgeleitet ist, endet sein chemischer Name auf „-ine“. Beispiele für von Aminosäuren abgeleitete Hormone umfassen Epinephrin und Noradrenalin, die in der Medulla der Nebennieren synthetisiert werden, und Thyroxin, das von der Schilddrüse produziert wird. Die Zirbeldrüse im Gehirn produziert und sezerniert Melatonin, das den Schlafzyklus reguliert.

Peptidhormone

Peptidhormone haben den Aufbau einer Polypeptidkette (Aminosäurekette). Die Peptidhormone umfassen Moleküle, die kurze Polypeptidketten sind, wie das antidiuretische Hormon und Oxytocin, die im Gehirn produziert und im Hypophysenhinterlappen ins Blut freigesetzt werden. Diese Klasse umfasst auch kleine Proteine, wie Wachstumshormone, die von der Hypophyse produziert werden, und große Glykoproteine, wie das follikelstimulierende Hormon, das von der Hypophyse produziert wird. Abbildung 28.4 illustriert diese Peptidhormone.

Sekretierte Peptide wie Insulin werden in den Vesikeln in den Zellen gespeichert, die sie synthetisieren. Sie werden dann als Reaktion auf Reize wie im Fall von Insulin hohen Blutzuckerspiegel freigesetzt. Von Aminosäuren abgeleitete Hormone und Polypeptidhormone sind wasserlöslich und in Lipiden unlöslich. Diese Hormone können die Plasmamembranen von Zellen nicht passieren, daher befinden sich ihre Rezeptoren auf der Oberfläche der Zielzellen.


BIO 140 - Humanbiologie I - Lehrbuch

/>
Sofern nicht anders angegeben, ist dieses Werk unter einer Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License lizenziert.

So drucken Sie diese Seite:

Klicken Sie unten auf dem Bildschirm auf das Druckersymbol

Ist Ihr Ausdruck unvollständig?

Stellen Sie sicher, dass Ihr Ausdruck alle Inhalte der Seite enthält. Wenn dies nicht der Fall ist, versuchen Sie, dieses Handbuch in einem anderen Browser zu öffnen und von dort zu drucken (manchmal funktioniert Internet Explorer besser, manchmal Chrome, manchmal Firefox usw.).

Kapitel 36

Hormone

  • Identifizieren Sie die drei Hauptklassen von Hormonen auf der Grundlage der chemischen Struktur
  • Vergleichen und kontrastieren Sie intrazelluläre und Zellmembranhormonrezeptoren
  • Beschreiben Sie Signalwege, an denen cAMP und IP3 . beteiligt sind
  • Identifizieren Sie mehrere Faktoren, die die Reaktion der Zielzelle beeinflussen
  • Diskutieren Sie die Rolle von Feedbackschleifen und humoralen, hormonellen und neuronalen Reizen bei der Hormonkontrolle

Obwohl ein bestimmtes Hormon im Blutkreislauf durch den Körper wandern kann, beeinflusst es nur die Aktivität seiner Zielzellen, dh Zellen mit Rezeptoren für dieses bestimmte Hormon. Sobald das Hormon an den Rezeptor bindet, wird eine Kette von Ereignissen eingeleitet, die zur Reaktion der Zielzelle führt. Hormone spielen aufgrund der von ihnen regulierten Zielzellreaktionen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung physiologischer Prozesse. Diese Reaktionen tragen zur menschlichen Reproduktion, zum Wachstum und zur Entwicklung von Körpergewebe, zum Stoffwechsel, zum Flüssigkeits- und Elektrolythaushalt, zum Schlaf und zu vielen anderen Körperfunktionen bei. Die wichtigsten Hormone des menschlichen Körpers und ihre Wirkungen sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1: Endokrine Drüsen und ihre wichtigsten Hormone

Endokrine Drüse Assoziierte Hormone Chemische Klasse Wirkung
Hypophyse (anterior) Wachstumshormon (GH) Protein Fördert das Wachstum von Körpergewebe
Hypophyse (anterior) Prolaktin (PRL) Peptid Fördert die Milchproduktion
Hypophyse (anterior) Schilddrüsenstimulierendes Hormon (TSH) Glykoprotein Stimuliert die Ausschüttung von Schilddrüsenhormonen
Hypophyse (anterior) Adrenokortikotropes Hormon (ACTH) Peptid Stimuliert die Hormonausschüttung durch die Nebennierenrinde
Hypophyse (anterior) Follikelstimulierendes Hormon (FSH) Glykoprotein Stimuliert die Gametenproduktion
Hypophyse (anterior) Luteinisierendes Hormon (LH) Glykoprotein Stimuliert die Androgenproduktion durch Gonaden
Hypophyse (hinten) Antidiuretisches Hormon (ADH) Peptid Stimuliert die Wasserresorption durch die Nieren
Hypophyse (hinten) Oxytocin Peptid Stimuliert die Kontraktionen der Gebärmutter während der Geburt
Schilddrüse Thyroxin (T4), Trijodthyronin (T3) Amin Stimulieren Sie den Grundumsatz
Schilddrüse Calcitonin Peptid Reduziert den Ca 2+ -Spiegel im Blut
Nebenschilddrüse Parathormon (PTH) Peptid Erhöht den Ca 2+ -Spiegel im Blut
Nebenniere (Kortex) Aldosteron Steroide Erhöht den Na + -Spiegel im Blut
Nebenniere (Kortex) Cortisol, Corticosteron, Cortison Steroide Blutzuckerspiegel erhöhen
Nebenniere (Medulla) Adrenalin, Noradrenalin Amin Stimulieren Sie die Kampf-oder-Flucht-Reaktion
Zirbeldrüse Melatonin Amin Reguliert Schlafzyklen
Pankreas Insulin Protein Senkt den Blutzuckerspiegel
Pankreas Glukagon Protein Erhöht den Blutzuckerspiegel
Hoden Testosteron Steroide Stimuliert die Entwicklung der sekundären männlichen Geschlechtsmerkmale und die Spermienproduktion
Eierstöcke Östrogene und Progesteron Steroide Stimulieren Sie die Entwicklung der weiblichen sekundären Geschlechtsmerkmale und bereiten Sie den Körper auf die Geburt vor

Arten von Hormonen

Die Hormone des menschlichen Körpers lassen sich aufgrund ihrer chemischen Struktur in zwei große Gruppen einteilen. Von Aminosäuren abgeleitete Hormone umfassen Amine, Peptide und Proteine. Zu den von Lipiden abgeleiteten gehören Steroide (Abbildung 1). Diese chemischen Gruppen beeinflussen die Verteilung des Hormons, die Art der Rezeptoren, an die es bindet, und andere Aspekte seiner Funktion.

Aminhormone

Hormone, die aus der Modifikation von Aminosäuren stammen, werden als Aminhormone bezeichnet. Typischerweise wird die ursprüngliche Struktur der Aminosäure so modifiziert, dass eine &ndashCOOH- oder Carboxylgruppe entfernt wird, während die &dgr;- oder Amingruppe verbleibt.

Aminhormone werden aus den Aminosäuren Tryptophan oder Tyrosin synthetisiert. Ein Beispiel für ein von Tryptophan abgeleitetes Hormon ist Melatonin, das von der Zirbeldrüse ausgeschüttet wird und hilft, den zirkadianen Rhythmus zu regulieren. Tyrosin-Derivate umfassen die stoffwechselregulierenden Schilddrüsenhormone sowie die Katecholamine wie Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin. Adrenalin und Noradrenalin werden vom Nebennierenmark sezerniert und spielen eine Rolle bei der Kampf-oder-Flucht-Reaktion, während Dopamin vom Hypothalamus sezerniert wird und die Freisetzung bestimmter Hormone des Hypophysenvorderlappens hemmt.

Peptid- und Proteinhormone

Während die Aminhormone von einer einzigen Aminosäure abgeleitet sind, bestehen Peptid- und Proteinhormone aus mehreren Aminosäuren, die sich zu einer Aminosäurekette verbinden. Peptidhormone bestehen aus kurzen Aminosäureketten, während Proteinhormone längere Polypeptide sind. Beide Typen werden wie andere Körperproteine ​​synthetisiert: DNA wird in mRNA transkribiert, die in eine Aminosäurekette übersetzt wird.

Beispiele für Peptidhormone sind das antidiuretische Hormon (ADH), ein Hypophysenhormon, das für den Flüssigkeitshaushalt wichtig ist, und das atrial-natriuretische Peptid, das vom Herzen produziert wird und hilft, den Blutdruck zu senken. Einige Beispiele für Proteinhormone sind Wachstumshormon, das von der Hypophyse produziert wird, und follikelstimulierendes Hormon (FSH), das eine angehängte Kohlenhydratgruppe aufweist und daher als Glykoprotein klassifiziert wird. FSH stimuliert die Reifung der Eizellen in den Eierstöcken und der Spermien in den Hoden.

Steroide

Die primären aus Lipiden gewonnenen Hormone sind Steroide. Steroidhormone werden aus dem Lipidcholesterin abgeleitet. Zum Beispiel die Fortpflanzungshormone Testosteron und die Östrogene, die von den Keimdrüsen (Hoden und Eierstöcken) produziert werden, und die Steroidhormone. Die Nebennieren produzieren das Steroidhormon Aldosteron, das an der Osmoregulation beteiligt ist, und Cortisol, das eine Rolle im Stoffwechsel spielt.

Steroidhormone sind wie Cholesterin nicht wasserlöslich (sie sind hydrophob). Da Blut wasserbasiert ist, müssen von Lipiden abgeleitete Hormone an ein Transportprotein gebunden zu ihrer Zielzelle gelangen. Diese komplexere Struktur verlängert die Halbwertszeit von Steroidhormonen viel länger als die von Hormonen, die von Aminosäuren abgeleitet sind. Die Halbwertszeit eines Hormons ist die Zeit, die benötigt wird, um die Hälfte der Konzentration des Hormons abzubauen. Das von Lipiden abgeleitete Hormon Cortisol hat beispielsweise eine Halbwertszeit von etwa 60 bis 90 Minuten. Im Gegensatz dazu hat das von Aminosäuren abgeleitete Hormon Epinephrin eine Halbwertszeit von ungefähr einer Minute.

Wege der Hormonwirkung

Die Nachricht, die ein Hormon sendet, wird von einem Hormonrezeptor empfangen, einem Protein, das sich entweder innerhalb der Zelle oder innerhalb der Zellmembran befindet. Der Rezeptor verarbeitet die Nachricht, indem er andere Signalisierungsereignisse oder zelluläre Mechanismen auslöst, die zu der Antwort der Zielzelle führen. Hormonrezeptoren erkennen Moleküle mit bestimmten Formen und Seitengruppen und reagieren nur auf die erkannten Hormone. Der gleiche Rezeptortyp kann sich auf Zellen in verschiedenen Körpergeweben befinden und etwas unterschiedliche Reaktionen auslösen. Die von einem Hormon ausgelöste Reaktion hängt also nicht nur vom Hormon, sondern auch von der Zielzelle ab.

Sobald die Zielzelle das Hormonsignal empfängt, kann sie auf verschiedene Weise reagieren. Die Reaktion kann die Stimulation der Proteinsynthese, die Aktivierung oder Deaktivierung von Enzymen, die Veränderung der Permeabilität der Zellmembran, veränderte Mitose- und Zellwachstumsraten und die Stimulation der Sekretion von Produkten umfassen. Darüber hinaus kann ein einzelnes Hormon in einer gegebenen Zelle unterschiedliche Reaktionen hervorrufen.

Wege, an denen intrazelluläre Hormonrezeptoren beteiligt sind

Intrazelluläre Hormonrezeptoren befinden sich im Inneren der Zelle. Hormone, die an diese Art von Rezeptor binden, müssen die Zellmembran passieren können. Steroidhormone werden von Cholesterin abgeleitet und können daher leicht durch die Lipiddoppelschicht der Zellmembran diffundieren, um den intrazellulären Rezeptor zu erreichen (Abbildung 2). Auch Schilddrüsenhormone, die mit Jod besetzte Benzolringe enthalten, sind fettlöslich und können in die Zelle eindringen.

Der Ort der Steroid- und Schilddrüsenhormonbindung unterscheidet sich geringfügig: Ein Steroidhormon kann an seinen Rezeptor im Zytosol oder im Zellkern binden. In beiden Fällen erzeugt diese Bindung einen Hormon-Rezeptor-Komplex, der sich in Richtung des Chromatins im Zellkern bewegt und an ein bestimmtes Segment der Zell-DNA bindet. Im Gegensatz dazu binden Schilddrüsenhormone an Rezeptoren, die bereits an die DNA gebunden sind. Sowohl bei Steroid- als auch bei Schilddrüsenhormonen löst die Bindung des Hormon-Rezeptor-Komplexes mit DNA die Transkription eines Zielgens an mRNA aus, die in das Zytosol wandert und die Proteinsynthese durch Ribosomen steuert.

Abbildung 2: Ein Steroidhormon initiiert direkt die Produktion von Proteinen innerhalb einer Zielzelle. Steroidhormone diffundieren leicht durch die Zellmembran. Das Hormon bindet an seinen Rezeptor im Zytosol und bildet einen Rezeptor-und-Hormon-Komplex. Der Rezeptor-und-Hormon-Komplex dringt dann in den Zellkern ein und bindet an das Zielgen auf der DNA. Die Transkription des Gens erzeugt eine Boten-RNA, die im Zytoplasma in das gewünschte Protein übersetzt wird.

Wege, an denen Hormonrezeptoren der Zellmembran beteiligt sind

Hydrophile oder wasserlösliche Hormone können nicht durch die Lipiddoppelschicht der Zellmembran diffundieren und müssen daher ihre Botschaft an einen Rezeptor an der Zelloberfläche weitergeben. Mit Ausnahme der fettlöslichen Schilddrüsenhormone binden alle von Aminosäuren abgeleiteten Hormone an Zellmembranrezeptoren, die sich zumindest teilweise auf der extrazellulären Oberfläche der Zellmembran befinden. Daher beeinflussen sie nicht direkt die Transkription von Zielgenen, sondern initiieren stattdessen eine Signalkaskade, die von einem Molekül namens Second Messenger ausgeführt wird. In diesem Fall wird das Hormon als erster Botenstoff bezeichnet.

Der zweite Botenstoff, der von den meisten Hormonen verwendet wird, ist zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP). Im cAMP-Second-Messenger-System bindet ein wasserlösliches Hormon an seinen Rezeptor in der Zellmembran (Schritt 1 in Abbildung 3). Dieser Rezeptor ist mit einer intrazellulären Komponente verbunden, die als G-Protein bezeichnet wird, und die Bindung des Hormons aktiviert die G-Protein-Komponente (Schritt 2). Das aktivierte G-Protein wiederum aktiviert ein Enzym namens Adenylylcyclase, auch bekannt als Adenylatcyclase (Schritt 3), das Adenosintriphosphat (ATP) in cAMP umwandelt (Schritt 4). Als zweiter Botenstoff aktiviert cAMP eine Enzymart namens Proteinkinase, die im Zytosol vorhanden ist (Schritt 5). Aktivierte Proteinkinasen initiieren eine Phosphorylierungskaskade, in der mehrere Proteinkinasen zahlreiche und verschiedene zelluläre Proteine, einschließlich anderer Enzyme, phosphorylieren (eine Phosphatgruppe hinzufügen) (Schritt 6).

Abbildung 3: Wasserlösliche Hormone können nicht durch die Zellmembran diffundieren. Diese Hormone müssen an einen Zellmembranrezeptor an der Oberfläche binden. Der Rezeptor initiiert dann einen Zellsignalweg innerhalb der Zelle, der G-Proteine, Adenylylcyclase, den sekundären Botenstoff zyklisches AMP (cAMP) und Proteinkinasen umfasst. Im letzten Schritt phosphorylieren diese Proteinkinasen Proteine ​​im Zytoplasma. Dadurch werden Proteine ​​in der Zelle aktiviert, die die vom Hormon vorgegebenen Veränderungen durchführen.

Die Phosphorylierung zellulärer Proteine ​​kann verschiedenste Effekte auslösen, vom Nährstoffstoffwechsel bis zur Synthese verschiedener Hormone und anderer Produkte. Die Wirkungen variieren je nach Art der Zielzelle, den beteiligten G-Proteinen und Kinasen sowie der Phosphorylierung von Proteinen. Beispiele für Hormone, die cAMP als sekundären Botenstoff verwenden, sind Calcitonin, das für den Knochenaufbau und die Regulierung des Blutkalziumspiegels wichtig ist Glucagon, das eine Rolle beim Blutzuckerspiegel spielt, und das Schilddrüsen-stimulierende Hormon, das die Freisetzung von T . bewirkt3 und T4 aus der Schilddrüse.

Insgesamt erhöht die Phosphorylierungskaskade die Effizienz, Geschwindigkeit und Spezifität der hormonellen Reaktion signifikant, da Tausende von Signalereignissen gleichzeitig als Reaktion auf eine sehr niedrige Hormonkonzentration im Blutkreislauf ausgelöst werden können. Die Dauer des Hormonsignals ist jedoch kurz, da cAMP durch das im Zytosol befindliche Enzym Phosphodiesterase (PDE) schnell deaktiviert wird. Die Wirkung von PDE trägt dazu bei, dass die Reaktion einer Zielzelle schnell aufhört, es sei denn, neue Hormone erreichen die Zellmembran.

Wichtig ist, dass es auch G-Proteine ​​gibt, die den cAMP-Spiegel in der Zelle als Reaktion auf die Hormonbindung senken. Wenn beispielsweise das Wachstumshormon &ndashinhibierende Hormon (GHIH), auch bekannt als Somatostatin, an seine Rezeptoren in der Hypophyse bindet, sinkt der cAMP-Spiegel, wodurch die Sekretion des menschlichen Wachstumshormons gehemmt wird.

Nicht alle wasserlöslichen Hormone initiieren das cAMP-Second-Messenger-System. Ein gängiges alternatives System verwendet Calciumionen als zweiten Botenstoff. In diesem System aktivieren G-Proteine ​​das Enzym Phospholipase C (PLC), das ähnlich wie die Adenylylcyclase funktioniert. Nach der Aktivierung spaltet PLC ein membrangebundenes Phospholipid in zwei Moleküle: Diacylglycerol (DAG) und Inositoltriphosphat (IP .).3) . Wie cAMP aktiviert DAG Proteinkinasen, die eine Phosphorylierungskaskade initiieren. Gleichzeitig ist IP3 bewirkt die Freisetzung von Calciumionen aus Speicherstellen innerhalb des Zytosols, beispielsweise aus dem glatten endoplasmatischen Retikulum. Die Calciumionen wirken dann auf zweierlei Weise als Second Messenger: Sie können enzymatische und andere zelluläre Aktivitäten direkt beeinflussen oder sie können an Calcium-bindende Proteine ​​binden, von denen das am häufigsten vorkommende Calmodulin ist. Durch die Bindung von Calcium ist Calmodulin in der Lage, die Proteinkinase innerhalb der Zelle zu modulieren. Beispiele für Hormone, die Calciumionen als sekundäres Botenstoffsystem verwenden, sind Angiotensin II, das durch Vasokonstriktion hilft, den Blutdruck zu regulieren, und Wachstumshormon &ndashreleasing Hormon (GHRH), das die Hypophyse zur Freisetzung von Wachstumshormonen veranlasst.

Faktoren, die die Zielzellantwort beeinflussen

Sie werden sich erinnern, dass Zielzellen spezifische Rezeptoren für ein bestimmtes Hormon haben müssen, wenn dieses Hormon eine Reaktion auslösen soll. Aber mehrere andere Faktoren beeinflussen die Zielzellantwort. Zum Beispiel kann das Vorhandensein eines signifikanten Spiegels eines im Blutkreislauf zirkulierenden Hormons dazu führen, dass seine Zielzellen ihre Anzahl von Rezeptoren für dieses Hormon verringern. Dieser Prozess wird als Downregulation bezeichnet und ermöglicht es den Zellen, weniger auf den übermäßigen Hormonspiegel zu reagieren. Wenn der Spiegel eines Hormons chronisch verringert wird, greifen die Zielzellen in eine Hochregulation ein, um die Anzahl ihrer Rezeptoren zu erhöhen. Dieser Prozess ermöglicht es den Zellen, empfindlicher auf das vorhandene Hormon zu reagieren. Zellen können auch die Empfindlichkeit der Rezeptoren selbst gegenüber verschiedenen Hormonen verändern.

Zwei oder mehr Hormone können auf verschiedene Weise interagieren, um die Reaktion der Zellen zu beeinflussen. Die drei häufigsten Interaktionsarten sind:

  • Der permissive Effekt, bei dem die Anwesenheit eines Hormons die Wirkung eines anderen Hormons ermöglicht. Schilddrüsenhormone haben beispielsweise komplexe permissive Beziehungen zu bestimmten Fortpflanzungshormonen. Ein Mangel an Jod, einem Bestandteil der Schilddrüsenhormone, kann daher die Entwicklung und Funktion des Fortpflanzungssystems beeinträchtigen.
  • Der synergistische Effekt, bei dem zwei Hormone mit ähnlicher Wirkung eine verstärkte Reaktion hervorrufen. In einigen Fällen sind zwei Hormone für eine angemessene Reaktion erforderlich. Zum Beispiel zwei verschiedene Fortpflanzungshormone FSH aus der Hypophyse und Östrogene aus den Eierstöcken, die für die Reifung der weiblichen Eizellen (Eizellen) benötigt werden.
  • Die antagonistische Wirkung, bei der zwei Hormone gegensätzliche Wirkungen haben. Ein bekanntes Beispiel ist die Wirkung von zwei Pankreashormonen, Insulin und Glukagon. Insulin erhöht die Speicherung von Glukose in der Leber als Glykogen und senkt den Blutzucker, während Glucagon den Abbau von Glykogenspeichern stimuliert und den Blutzucker erhöht.

Regulierung der Hormonsekretion

Um abnormale Hormonspiegel und einen möglichen Krankheitszustand zu verhindern, müssen die Hormonspiegel streng kontrolliert werden. Der Körper behält diese Kontrolle bei, indem er die Hormonproduktion und den Hormonabbau ausgleicht. Rückkopplungsschleifen steuern die Initiierung und Aufrechterhaltung der meisten Hormonsekretion als Reaktion auf verschiedene Reize.

Rolle von Feedback-Schleifen

Der Beitrag von Rückkopplungsschleifen zur Homöostase wird hier nur kurz betrachtet. Positive Rückkopplungsschleifen sind durch die Freisetzung von zusätzlichem Hormon als Reaktion auf eine ursprüngliche Hormonfreisetzung gekennzeichnet. Die Freisetzung von Oxytocin während der Geburt ist eine positive Rückkopplungsschleife. Die anfängliche Freisetzung von Oxytocin beginnt, den Uterusmuskeln zu signalisieren, dass sie sich zusammenziehen, was den Fötus in Richtung des Gebärmutterhalses drückt und ihn dehnt. Dies wiederum signalisiert der Hypophyse, mehr Oxytocin freizusetzen, wodurch sich die Wehen verstärken. Die Freisetzung von Oxytocin nimmt nach der Geburt des Kindes ab.

Die gebräuchlichere Methode der Hormonregulation ist die negative Rückkopplungsschleife. Negatives Feedback ist durch die Hemmung der weiteren Sekretion eines Hormons als Reaktion auf angemessene Spiegel dieses Hormons gekennzeichnet. Dadurch kann der Blutspiegel des Hormons in einem engen Bereich reguliert werden. Ein Beispiel für eine negative Rückkopplungsschleife ist die Freisetzung von Glucocorticoid-Hormonen aus den Nebennieren, die vom Hypothalamus und der Hypophyse gesteuert werden. Wenn die Glukokortikoidkonzentrationen im Blut ansteigen, reduzieren Hypothalamus und Hypophyse ihre Signalübertragung an die Nebennieren, um eine zusätzliche Glukokortikoidsekretion zu verhindern (Abbildung 4).

Abbildung 4: Die Ausschüttung von Nebennierenglukokortikoiden wird durch die Ausschüttung von Hormonen aus Hypothalamus und Hypophyse stimuliert. Diese Signalübertragung wird gehemmt, wenn der Glukokortikoidspiegel erhöht wird, indem negative Signale an die Hypophyse und den Hypothalamus verursacht werden.

Rolle der endokrinen Drüsenstimuli

Sowohl durch chemische als auch durch neuronale Reize ausgelöste Reflexe steuern die endokrine Aktivität. Diese Reflexe können einfach sein und nur eine Hormonreaktion beinhalten, oder sie können komplexer sein und viele Hormone involvieren, wie es bei der hypothalamischen Kontrolle verschiedener Hypophysenvorderlappen und kontrollierter Hormone der Fall ist.

Humorale Reize sind Veränderungen des Blutspiegels von nicht-hormonellen Chemikalien wie Nährstoffen oder Ionen, die die Freisetzung oder Hemmung eines Hormons bewirken, um wiederum die Homöostase aufrechtzuerhalten. Osmorezeptoren im Hypothalamus erkennen beispielsweise Veränderungen der Blutosmolarität (der Konzentration gelöster Stoffe im Blutplasma). Ist die Blutosmolarität zu hoch, also das Blut nicht ausreichend verdünnt, signalisieren Osmorezeptoren dem Hypothalamus, ADH freizusetzen. Das Hormon bewirkt, dass die Nieren mehr Wasser aufnehmen und die Urinmenge reduzieren. Diese Rückresorption bewirkt eine Verringerung der Osmolarität des Blutes, wodurch das Blut auf das geeignete Niveau verdünnt wird. Die Regulierung des Blutzuckers ist ein weiteres Beispiel. Hohe Blutzuckerspiegel bewirken die Freisetzung von Insulin aus der Bauchspeicheldrüse, was die Glukoseaufnahme durch die Zellen und die Speicherung von Glukose in der Leber als Glykogen erhöht.

Eine endokrine Drüse kann auch ein Hormon als Reaktion auf die Anwesenheit eines anderen Hormons ausschütten, das von einer anderen endokrinen Drüse produziert wird. Solche hormonellen Reize betreffen oft den Hypothalamus, der freisetzende und hemmende Hormone produziert, die die Sekretion einer Vielzahl von Hypophysenhormonen steuern.

Neben diesen chemischen Signalen können auch Hormone als Reaktion auf neuronale Reize freigesetzt werden. Ein häufiges Beispiel für neurale Reize ist die Aktivierung der Kampf-oder-Flucht-Reaktion durch das sympathische Nervensystem. Wenn eine Person eine Gefahr wahrnimmt, signalisieren sympathische Neuronen den Nebennieren, Noradrenalin und Adrenalin auszuschütten. Die beiden Hormone erweitern die Blutgefäße, erhöhen die Herz- und Atemfrequenz und unterdrücken das Verdauungs- und Immunsystem. Diese Reaktionen steigern den Sauerstofftransport des Körpers zum Gehirn und zu den Muskeln und verbessern dadurch die Fähigkeit des Körpers, zu kämpfen oder zu fliehen.

Alltagsverbindung

Bisphenol A und endokrine Störungen

Sie haben vielleicht Nachrichten über die Wirkung einer Chemikalie namens Bisphenol A (BPA) in verschiedenen Arten von Lebensmittelverpackungen gehört. BPA wird bei der Herstellung von Hartkunststoffen und Epoxidharzen verwendet. Zu den üblichen Lebensmittelprodukten, die BPA enthalten können, gehören die Auskleidung von Aluminiumdosen, Kunststoffbehältern zur Aufbewahrung von Lebensmitteln, Trinkbechern sowie Babyflaschen und &ldquosippy&rdquo-Bechern. Andere Anwendungen von BPA sind medizinische Geräte, Zahnfüllungen und die Auskleidung von Wasserleitungen.

Die Forschung legt nahe, dass BPA ein endokriner Disruptor ist, was bedeutet, dass es das endokrine System negativ beeinflusst, insbesondere während der pränatalen und postnatalen Entwicklungsphase. BPA ahmt insbesondere die hormonellen Wirkungen von Östrogenen nach und hat den gegenteiligen Effekt – der von Androgenen. Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) stellt in ihrer Erklärung zur BPA-Sicherheit fest, dass, obwohl traditionelle toxikologische Studien die Sicherheit einer geringen BPA-Exposition bestätigt haben, neuere Studien mit neuartigen Ansätzen zum Testen auf subtile Wirkungen zu Bedenken hinsichtlich der Mögliche Auswirkungen von BPA auf das Gehirn, das Verhalten und die Prostata bei Föten, Säuglingen und Kleinkindern. Die FDA erleichtert derzeit die verringerte Verwendung von BPA in lebensmittelbezogenen Materialien. Viele US-Unternehmen haben BPA freiwillig aus Babyflaschen, &ldquosippy&rdquo-Bechern und dem Futter von Babynahrungsdosen entfernt, und die meisten heute verkauften wiederverwendbaren Plastik-Wasserflaschen rühmen sich, &ldquoBPA-frei zu sein die Verwendung von BPA in Babyprodukten.

Die potenziellen schädlichen Wirkungen von BPA wurden sowohl in Tiermodellen als auch am Menschen untersucht und umfassen eine Vielzahl von gesundheitlichen Auswirkungen, wie z. B. Entwicklungsverzögerungen und Krankheiten. Beispielsweise kann eine pränatale BPA-Exposition während des ersten Trimesters der menschlichen Schwangerschaft mit Keuchen und aggressivem Verhalten während der Kindheit in Verbindung gebracht werden. Erwachsene, die hohen BPA-Spiegeln ausgesetzt sind, können veränderte Schilddrüsensignale und männliche sexuelle Dysfunktion erfahren. In Tiermodellen wurde beobachtet, dass eine BPA-Exposition während der pränatalen oder postnatalen Entwicklungsphase neurologische Verzögerungen, Veränderungen der Gehirnstruktur und -funktion, sexuelle Dysfunktion, Asthma und ein erhöhtes Risiko für mehrere Krebsarten verursacht. In-vitro-Studien haben auch gezeigt, dass die BPA-Exposition molekulare Veränderungen verursacht, die die Entwicklung von Brust-, Prostata- und Gehirnkrebs auslösen. Obwohl diese Studien BPA mit zahlreichen gesundheitlichen Auswirkungen in Verbindung gebracht haben, warnen einige Experten, dass einige dieser Studien fehlerhaft sein könnten und mehr Forschung betrieben werden muss. In der Zwischenzeit empfiehlt die FDA den Verbrauchern, Vorkehrungen zu treffen, um ihre BPA-Exposition zu begrenzen. Zusätzlich zum Kauf von Lebensmitteln in BPA-freien Verpackungen sollten Verbraucher das Mitführen oder Lagern von Lebensmitteln oder Flüssigkeiten in Flaschen mit dem Recyclingcode 3 oder 7 vermeiden. Lebensmittel und Flüssigkeiten sollten in keiner Form von Kunststoff in der Mikrowelle erhitzt werden: Verwenden Sie Papier, Glas, oder Keramik statt.

Kapitelrückblick

Hormone werden aus Aminosäuren oder Lipiden abgeleitet. Aminhormone stammen aus den Aminosäuren Tryptophan oder Tyrosin. Größere Aminosäurehormone umfassen Peptide und Proteinhormone. Steroidhormone werden aus Cholesterin gewonnen.

Steroidhormone und Schilddrüsenhormone sind fettlöslich. Alle anderen von Aminosäuren abgeleiteten Hormone sind wasserlöslich. Hydrophobe Hormone können durch die Membran diffundieren und mit einem intrazellulären Rezeptor interagieren. Im Gegensatz dazu müssen hydrophile Hormone mit Zellmembranrezeptoren interagieren. Diese sind typischerweise mit einem G-Protein verbunden, das aktiviert wird, wenn das Hormon an den Rezeptor bindet. Dies initiiert eine Signalkaskade, an der ein zweiter Botenstoff beteiligt ist, wie beispielsweise zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP). Second-Messenger-Systeme verstärken das Hormonsignal stark und erzeugen eine breitere, effizientere und schnellere Reaktion.

Hormone werden bei Stimulation freigesetzt, die entweder chemischen oder neuronalen Ursprungs ist. Die Regulierung der Hormonausschüttung wird hauptsächlich durch negatives Feedback erreicht. Verschiedene Reize können die Freisetzung von Hormonen bewirken, aber es gibt drei Haupttypen. Humorale Reize sind Veränderungen des Ionen- oder Nährstoffspiegels im Blut. Hormonelle Reize sind Veränderungen des Hormonspiegels, die die Ausschüttung eines anderen Hormons initiieren oder hemmen. Schließlich tritt ein neuronaler Reiz auf, wenn ein Nervenimpuls die Sekretion oder Hemmung eines Hormons auslöst.


Steroidhormonrezeptoren und -regulatoren

Steroidhormon ist ein Steroid, das als Hormon dient. Es kann in zwei Gruppen eingeteilt werden: Kortikosteroide und Sexualsteroide. Innerhalb dieser beiden Klassen gibt es fünf Typen nach ihren Rezeptoren: Glukokortikoide, Mineralokortikoide, Androgene, Östrogene und Gestagene. Im menschlichen Körper spielen Steroidhormone eine wichtige Rolle beim Stoffwechsel, bei Entzündungen, Immunfunktionen, Salz- und Wasserhaushalt, Entwicklung der Geschlechtsmerkmale und der Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten und Verletzungen. Die natürlichen Steroidhormone werden im Allgemeinen aus Cholesterin in den Gonaden und Nebennieren synthetisiert. Diese Hormone sind lipophile Substanz. Sie können die Zellmembran passieren, da sie fettlöslich sind, und dann an Steroidhormonrezeptoren (die je nach Steroidhormon nuklear oder zytosolisch sein können) binden, um Veränderungen innerhalb der Zelle herbeizuführen. Steroidhormone werden im Allgemeinen im Blut transportiert und an spezifische Trägerproteine ​​wie Sexualhormon-bindendes Globulin, Corticosteroid-bindendes Globulin und Albumin gebunden. Die Bindung ist vorteilhaft, um die Wasserlöslichkeit der Hormone zu verbessern.

Die meisten Studien sagen, dass Hormone Zellen beeinflussen können, wenn sie nicht an Serumproteine ​​gebunden sind. Um aktiv zu sein, müssen sich Steroidhormone von ihren blutlöslich machenden Proteinen befreien und entweder an extrazelluläre Rezeptoren binden oder passiv die Zellmembran passieren und an nukleäre Rezeptoren binden. Diese Idee wird die freie Hormonhypothese genannt. Eine Studie hat ergeben, dass diese Steroid-Träger-Komplexe von Megalin, einem Membranrezeptor, gebunden und dann über Endozytose in die Zellen aufgenommen werden. Ein möglicher Weg besteht darin, dass diese Komplexe im Inneren der Zelle zum Lysosom gelangen, wo das Trägerprotein abgebaut und das Steroidhormon in das Zytoplasma der Zielzelle freigesetzt wird.

Nachdem die Steroidhormone zu den Zielgeweben und -zellen transportiert wurden, binden sie an die entsprechenden Hormonrezeptoren. Steroidhormonrezeptoren finden sich im Zellkern, im Zytosol und auch auf der Plasmamembran von Zielzellen. Sie sind im Allgemeinen intrazelluläre Rezeptoren (typischerweise zytoplasmatisch oder nukleär) und initiieren die Signaltransduktion für Steroidhormone, die über einen Zeitraum von Stunden bis Tagen zu Veränderungen der Genexpression führen. Der Glucocorticoid-Rezeptor (GR), der Mineralocorticoid-Rezeptor (MR), der Progesteron-Rezeptor (PR) und der Androgen-Rezeptor (AR) sind klassische Mitglieder der nuklearen Rezeptor-Superfamilie und bilden die Unterfamilie 3C. Die am besten untersuchten Steroidhormonrezeptoren sind Mitglieder der Kernrezeptor-Unterfamilie 3 (NR3), die Rezeptoren für Östrogen (Gruppe NR3A) und 3-Ketosteroide (Gruppe NR3C) umfasst. Neben nuklearen Rezeptoren fungieren mehrere G-Protein-gekoppelte Rezeptoren und Ionenkanäle als Zelloberflächenrezeptoren für bestimmte Steroidhormone.

Steroidhormonrezeptoren und -regulatoren

Einzeln und in Kombination spielen diese vier Rezeptoren eine zentrale Rolle in einigen der grundlegendsten Aspekte der Physiologie wie Stressreaktion, Stoffwechsel, Immunfunktion, Elektrolythomöostase, Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung. Für alle vier Rezeptoren wurden mehrere Signalwege etabliert und mehrere gemeinsame Mechanismen wurden aufgedeckt. Ein Hauptsignalweg wird durch die direkte DNA-Bindung und die transkriptionelle Regulation responsiver Gene erreicht. Eine andere wird durch Protein-Protein-Interaktionen erreicht, hauptsächlich mit anderen Transkriptionsfaktoren wie dem Kernfaktor-kB, Aktivatorprotein-1 oder Signaltransducer und Aktivator von Transkriptionen, um Genexpressionsmuster zu regulieren. Diese Wege können die Genexpression hochregulieren oder herunterregulieren. Und sie alle erfordern eine Ligandenaktivierung des Rezeptors und ein Zusammenspiel mit mehreren Proteinfaktoren wie Chaperonproteinen und Co-Regulatorproteinen.

GR, MR, PR und AR weisen strukturelle Ähnlichkeiten auf, wobei alle drei funktionelle Domänen enthalten, d. h. die N-terminale Transaktivierungsdomäne, gefolgt von der DNA-bindenden Domäne (DBD) und der C-terminalen Ligandenbindungsdomäne (LBD). Ein Scharnierbereich verbindet die DBD und die LBD. Diese vier Steroidhormonrezeptoren veranschaulichen auch die enorme Kapazität und Präzision der endokrinen Modulationsmechanismen. Patienten, die mutierte Rezeptoren tragen, erleiden häufig schwere Komplikationen, und transgene Tiere, denen einzelne Rezeptoren fehlen, können sich häufig nicht fortpflanzen und/oder überleben. Zeitlich kontrollierte Gewebeverteilungsmuster während Entwicklungsstadien, Reproduktionsphasen und Krankheitszuständen tragen zu den vielfältigen Aktivitäten dieser Rezeptoren bei. GR wird in fast allen Geweben exprimiert, obwohl die GR-Spiegel gewebe- und zellzyklusspezifisch reguliert werden. Glukokortikoide üben über den GR eine Vielzahl physiologischer Funktionen aus. Glukokortikoide sind wesentliche Regulatoren des Kohlenhydrat-, Protein- und Fettstoffwechsels Das wichtigste Glukokortikoid beim Menschen ist Cortisol, auch Hydrocortison genannt, während bei Nagetieren das wichtigste Glukokortikoid Corticosteron ist. Die Synthese und Sekretion von Glukokortikoiden durch die Nebennierenrinde wird durch die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse streng reguliert, die anfällig für eine negative Rückkopplung durch zirkulierende Hormone und exogene Glukokortikoide ist. MR wird in Epithelgeweben, wie dem distalen Nephron oder dem Dickdarm, exprimiert. Aldosteron kann die Salzaufnahme mit der Nahrung und das Gleichgewicht der Salzionen regulieren, indem es den epithelialen Natriumkanal und die Gene der Na+, K+-ATPase-Untereinheit reguliert. Das physiologisch wichtigste Mineralocorticoid ist Aldosteron. Aldosteron wird in der Nebennierenrinde hauptsächlich unter der Regulierung des Renin-Angiotensin-Systems, des Kaliumstatus und des ACTH synthetisiert. Progesteron ist das wichtigste Gestagen des Menschen. Es wird im Eierstock, Hoden und Nebenniere synthetisiert. Erhebliche Mengen werden auch während der Schwangerschaft von der Plazenta synthetisiert und freigesetzt. Progesteron hat nicht nur signifikante hormonelle Wirkungen, sondern dient auch als Vorläufer bei der Synthese von Östrogen, Androgenen und Nebennierenrindensteroiden. PR wird im weiblichen Geschlechtstrakt, in der Brustdrüse, im Gehirn und in der Hypophyse exprimiert. In vielen Zellen induziert Östrogen die Expression von PR, und seine Anwesenheit ist ein üblicher Marker für die Östrogenwirkung sowohl in der Forschung als auch in der Klinik. In vielen biologischen Systemen verstärkt Progestin die Differenzierung und wirkt der Zellproliferationswirkung von Östrogen entgegen. Beim Menschen ist Testosteron das vorherrschende Androgen, das von den Hoden oder Eierstöcken und der peripheren Umwandlung von Androstendion, das von der Nebenniere produziert wird, sezerniert wird. Androgene erfüllen kritische Funktionen in verschiedenen Lebensphasen des Mannes. Während des Embryonallebens virilisieren Androgene den Urogenitaltrakt des männlichen Embryos, und ihre Wirkung ist daher für die Entwicklung des männlichen Phänotyps wesentlich. In der Pubertät fördern Androgene die Entwicklung sekundärer Geschlechtsmerkmale. Neben der Stimulierung und Aufrechterhaltung der Sexualfunktion bei Männern können Androgene teilweise auch für aggressives Verhalten verantwortlich sein. Testosteron und Androstendion sind Vorläufer der Östrogenbiosynthese. Testosteron und 5-Dihydrotesteron erzeugen über die AR auch androgene Wirkungen.

Krebsrisikofaktoren

Laut früheren Studien stellen Forscher fest, dass Glukokortikoide ein Schlüssel zur Behandlung bestimmter Leukämien sind und aufgrund ihrer antiemetischen, antiödemischen und palliativen Eigenschaften häufig in Chemotherapieschemata enthalten sind. Die Studie ergab, dass der Serumcortisolspiegel bei Patienten mit Prostatakrebs signifikant höher war als bei Prostatahyperplasie. Die präoperativen Blutkortisolspiegel in der Gruppe mit Lungenkrebs und der Gruppe mit Krebs des Verdauungstrakts waren höher als in der gesunden Kontrollgruppe. Dies kann durch den abnormalen Stoffwechsel des Krebses selbst und den Einfluss des Krebsgewebes auf den Körper zu endokrinen oder Stoffwechselstörungen führen. In der Brustkrebs- und Eierstockkrebsforschung kann Dexamethason die ERK-Aktivität unabhängig von Glucocorticoid-Rezeptoren schnell hemmen und kann am Prozess der Hemmung der Zellproliferation in menschlichen Brustkrebszelllinien beteiligt sein. Bei der Hemmung von Hirntumoren wurde festgestellt, dass die Kombination von Glukokortikoiden und verschiedenen biologischen Wirkungen die Synthese und die biologischen Wirkungen des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF) in Tumorzellen hemmen, die Wirkung von freien Sauerstoffradikalen hemmen und wirken können auf Entzündungsmediatoren und hemmen die Funktion der Tumorzellproduktion. Und das Vorhandensein des PR fungiert als nützlicher prognostischer Marker bei Brustkrebs, unabhängig vom Gestationsstatus der Patientin. Studien deuten darauf hin, dass bestimmte Progestin- und Östrogenersatztherapien bei postmenopausalen Frauen die Inzidenz von Brustkrebs erhöhen können. Darüber hinaus scheint rezidivierender Prostatakrebs aus einer erhöhten AR-Signalgebung zu resultieren, die durch eine erhöhte AR-Expression in Gegenwart oder Abwesenheit einer AR-Genamplifikation verursacht wird. Das Auftreten von rezidivierendem Prostatakrebs scheint eine Zunahme der AR-abhängigen Wachstumsfaktor-Signalgebung zu beinhalten, die die durch Androgenmangel induzierte Apoptose überwindet.


Steroidhormonwirkung im Gehirn: Cross-Talk zwischen Signalwegen

Abteilung für Molekular- und Zellbiologie, Baylor College of Medicine, Houston, TX, USA.

Abteilung für Molekular- und Zellbiologie, Baylor College of Medicine, Houston, TX, USA.

Abteilung für Molekular- und Zellbiologie, Baylor College of Medicine, Houston, TX, USA.

Abteilung für Molekular- und Zellbiologie, Baylor College of Medicine, Houston, TX, USA.

Abteilung für Molekular- und Zellbiologie, Baylor College of Medicine, Houston, TX, USA.

Abteilung für Molekular- und Zellbiologie, Baylor College of Medicine, Houston, TX, USA.

Institutionelle Anmeldung
Melden Sie sich bei der Wiley Online-Bibliothek an

Wenn Sie zuvor einen Zugang mit Ihrem persönlichen Konto erhalten haben, loggen Sie sich bitte ein.

Sofortzugriff kaufen
  • Sehen Sie sich das Artikel-PDF und alle dazugehörigen Ergänzungen und Abbildungen für einen Zeitraum von 48 Stunden an.
  • Artikel kann nicht gedruckt werden.
  • Artikel kann nicht heruntergeladen werden.
  • Artikel kann nicht neu verteilt werden.
  • Unbegrenzte Ansicht des Artikel-PDFs und der dazugehörigen Ergänzungen und Abbildungen.
  • Artikel kann nicht gedruckt werden.
  • Artikel kann nicht heruntergeladen werden.
  • Artikel kann nicht neu verteilt werden.
  • Unbegrenzte Ansicht des Artikel-/Kapitel-PDFs und der dazugehörigen Ergänzungen und Abbildungen.
  • Artikel/Kapitel können gedruckt werden.
  • Artikel/Kapitel können heruntergeladen werden.
  • Artikel/Kapitel kann nicht neu verteilt werden.

Abstrakt

Steroidhormone der Eierstöcke, Östradiol und Progesteron, modulieren neuroendokrine Funktionen im Zentralnervensystem, was zu Veränderungen der Physiologie und des Verhaltens führt. Das klassische Modell der Steroidhormonwirkung geht davon aus, dass diese neuronalen Effekte überwiegend über ihre intrazellulären Rezeptoren vermittelt werden, die als „ligandenabhängige“ Transkriptionsfaktoren in den steroidsensitiven Neuronen regulierende Gene und genomische Netzwerke mit tiefgreifenden Konsequenzen für das Verhalten fungieren. Studien aus unserem Labor zeigen, dass zusätzlich zu ihren verwandten Liganden intrazelluläre Steroidrezeptoren „ligandenunabhängig“ durch den Neurotransmitter Dopamin aktiviert werden können, der das dynamische Gleichgewicht zwischen neuronalen Phosphatasen und Kinasen verändert. Ein hohes Maß an Cross-Talk zwischen membraninitiierten Signalwegen und den klassischen intrazellulären Signalwegen vermittelt hormonabhängiges Verhalten bei Säugetieren. Die molekularen Mechanismen, durch die eine Vielzahl von Signalen mit Steroidrezeptoren konvergieren, um eine genomische Ebene von Cross-Talk im Gehirn und Verhalten abzugrenzen, werden diskutiert.