Die Hormone

Hormone

Hormone werden durch das Blut transportiert und sind Botenstoffe, welche zahlreiche Prozesse im Körper steuern.

Der menschliche Körper besitzt mehrere Hormondrüsen. Diese befinden sich an verschiedenen Stellen des Körpers und produzieren jeweils spezielle Botenstoffe, die Hormone. Die Hormondrüsen geben die gebildeten Hormone in das Transportsystem Blut ab. Auf diesem Wege werden die Hormone im gesamten Körper verteilt und erreichen jede einzelne Zelle. Im Vergleich zum Nervensystem ist das Hormonsystem ein eher langsames Informationssystem. Beide Informationssysteme arbeiten zusammen.

Hormone sind bereits in sehr geringen Konzentrationen wirksam. Jedes Hormon weist eine eigene räumliche Struktur auf. Es löst nur bei bestimmten Zellen und Geweben seine Wirkung aus. Die jeweiligen Zellen werden als Zielzellen bezeichnet. Diese Zellen besitzen Rezeptoren. Das sind Bindungsstellen, die aufgrund ihrer Struktur spezifisch für ein bestimmtes Hormon sind. Hormon und Rezeptor passen zusammen wie Schlüssel und Schloss. Die Passgenauigkeit des Hormons auf einen spezifischen Rezeptor ist ein Beispiel für das Schlüssel-Schloss-Prinzip. Nur wenn ein Hormon zu einem Rezeptor passt und bindet, kommt es zu der jeweiligen Wirkung in der Zelle. Fehlt ein passender Rezeptor, so findet keine Bindung statt und in der Zelle wird keine Wirkung ausgelöst.

Eine Zelle kann Rezeptoren für mehrere Hormone besitzen. Und ein Hormon kann bei verschiedenen Zellen unterschiedliche Wirkungen haben. Die in den Keimdrüsen (Eierstöcken und Hoden) gebildeten Geschlechtshormone bewirken in den Zielzellen verschiedener Organe unter anderem die Ausprägung
© Zentrum für Schulqualität und Lehrerbildung (HG), Hormone – Kommunikation mit Botenstoffen, leicht verändert von A-Spielhoff, CC BY-NC-SA 3.0 DE

Hormondrüsen

© A.Spielhoff, EndocrineSystem, CC BY 4.0
Die meisten Hormone werden in speziellen Organen (Hormondrüsen) gebildet, die ausschließlich der Hormonproduktion dienen.

  1. Die Zirbeldrüse, liegt an der Gehirnbasis. Ihre Zellen, sind der Bildungsort für Melatonin, einem Botenstoff, der massgeblich am Wach-/ Schlafrhythmus beteiligt ist.
  2. Die Hirnanhangsdrüse (Hypophyse), ist eine etwa erbsengroße Hormondrüse, die vom Hypothalamus gesteuert wird und der eine zentrale übergeordnete Rolle bei der Regulation des Hormonsystems im Körper zukommt. Sie ist eine Art Schnittstelle, mit der das Gehirn über die Freisetzung von Hormonen wie Thyroxin Vorgänge wie Wachstum, Fortpflanzung und Stoffwechsel reguliert.
  3. Die Schilddrüse ist ein schmetterlingsförmiges Organ, das sich in der Halsregion vor der Luftröhre befindet. Sie hat eine wichtige Steuerungsfunktion für Körpervorgänge und fungiert als Hormonspeicher. Schilddrüsenhormone beeinflussen Stoffwechsel, Kreislauf, Wachstum und Psyche.
  4. Der Thymus ist eine Drüse des lymphatischen Systems von Wirbeltieren und somit Teil des Immunsystems. Die Drüse produziert Thymosin. Die Thymusdrüse ist nur in der Kindheit und Jugendzeit aktiv.
  5. Die Nebenniere vereint funktionell zwei verschiedene Organe: Die Nebennierenrinde produziert Steroidhormone und ist am Wasser-, Mineralstoff- und Zuckerhaushalt beteiligt. Das Nebennierenmark im inneren Teil der Drüse ist dem sympathischen Nervensystem zuzurechnen und bildet die „Stress“-Hormone Adrenalin und Noradrenalin.
  6. Die Langerhans-Inseln sind inselartig eingebettete Zellansammlungen hormonbildender Zellen in der Bauchspeicheldrüse, die sowohl die Höhe des Blutzuckers registrieren als auch Insulin produzieren und ausschütten.
  7. Bei Frauen stellen die Eierstöcke die Geschlechtshormone Östrogen und Gestagen her. Sie steuern den Menstruationszyklus und sorgen dafür, dass sich neue Eizellen bilden.
  8. Bei Männern bilden die Hoden die männlichen Geschlechtshormone (Androgene). In der Pubertät löst die steigende Androgen-Produktion den Stimmbruch aus, lässt Muskeln wachsen und Körperhaare sprießen.

Die Hormondrüsen geben die von ihnen gebildeten Hormone ins Blut ab. Über den Blutkreislauf werden sie dann im ganzen Körper verteilt und gelangen so zu allen Organen. Trotz der vielen Botenstoffe entsteht kein Chaosim Körper, denn die Mengen der einzelnen Hormone sind genau aufeinander abgestimmt und jedes Hormon seine Wirkungen nur ganz bestimmte Orten entfaltet.

YouTube Video "Hormone - Einführung"

Transport und Wirkungsweise von Hormonen

© A.Spielhoff, Transport von Hormonen, CC BY 4.0

Die in der Hormondrüsen gebildeten Hormone wirken nur in ganz bestimmten Zielzellen. So produziert z.B. die Langerhans-Inseln das Hormon Insulin um die Blutzuckerspiegel zu senken. Nach der Produktion geben die Hormondrüsen die Hormone in den Blutkreislauf ab.  

Zellen in z.B. der Leber haben spezielle Rezeptoren die genau auf dieses Hormon reagieren. Ein Schlüssel (Hormon) passt immer genau zu einem Schloss (Rezeptor). Hormone wirken also nach den Schlüssel-Schloss-Prinzip
Wenn andere Hormone zu den Zellen gelangen reagieren diese nicht, weil sie nicht den entsprechenden Rezeptor haben. Auf diese weise können schon sehr wenige Hormonemoleküle eine Wirkung auslösen. Die Menge an den Hormonen muss deshalb genau reguliert werden. Meistens sorgen viele Hormone über eine Rückkopplung dafür, dass die eigenen Produktion vermindert wird. 

Die Aufgabe der Hypophyse

Bei der Hormonellen Steuerung spielt die Hypophyse (Hirnanhangsdrüse) eine übergeordnete Rolle unter den Hormondrüsen. Sie bildet Steuerungshormone die andere Hormondrüsen anregt spezifische Hormone zu bilden.

Das Gehirn regt durch elektrische Impulse ein Teil des Hypothalamus an, welcher hierdurch  Freisetzungshormone produziert. Diese gelangen zur Hypophyse und bewirken, dass dort Steuerungshormone ins Blut abgegeben werden.
Solche Hormone aktivieren dann die entsprechenden Hormondrüsen (siehe Abbildung links) im Körper.
Zum Beispiel produziert die Schilddrüse bei zu geringer Körpertemperatur das Hormon Thyroxin welches dafür sorgt das der Stoffwechsel gesteigert wird und die Körpertemperatur steigt.

© A.Spielhoff, Aufgabe der Hypophyse, CC BY 4.0

Hormoneller Regelmechanismus der Körpertemperatur

© A.Spielhoff, Regelmechanismus Körpertemperatur, CC BY 4.0

Im Blut ist immer eine bestimmte Menge des Hormons Thyroxin vorhanden. Mithilfe des Thyroxins wird der Energieumsatz des Körpers geregelt. 

Der Hypothalamus registriert wenn die Körpertemperatur unter 370C fällt und schüttet das Freisetzungshormon THR (Thyreotropin-Releasing-Hormon) aus. Die Hypophyse produziert daraufhin das Steuerungshormon TSH (Thyreoidea stimulierendes Hormon), das die Schilddrüse anregt, mehr Thyroxin zu produzieren. Das Thyroxin sorgt dafür, dass der Stoffwechsel gesteigert wird und die Körpertemperatur steigt.

Das Thyroxin wirkt regelnd auf die Hypophyse und den Hypothalamus ein. Wenn der gewünscht Wert für Thyroxin überschritten ist, stoppt die Hypophyse die Produktion von TSH. Die Schilddrüse produziert daraufhin weniger Thyroxin und das Hormon wird langsam von Körper abgebaut. Man spricht hier auch von einer negativen Rückkoppelung

 

Regulation des Blutzuckerspiegels durch Hormone

Spezielle Zellen der Bauchspeicheldrüse messen ständig den Blutzuckerspiegel. Liegt er nicht im soll Bereich (zwischen 80−110 mg Glucose pro 100 ml Blut), schüttet die Bauchspeicheldrüse vermehrt Hormone aus. Je nach gemessen Wert entweder das Hormone Insulin oder Glukagon. Den Zusammen regulieren die beiden Hormone den Blutzuckerspiegel. Neben Hormonen produziert die Bauchspeicheldrüse einen Großteil der Verdauungsenzyme, die in den Zwölffingerdarm abgegeben werden.

  • Ist der Blutzuckerspiegel im Blut höher als 110mg Glucose pro 100 ml Blut, produziert die Bauchspeicheldrüse das Hormon Insulin und gibt es ins Blut ab. Insulin ermöglicht den Körperzellen, Glucose aus dem Blut aufzunehmen. Dadurch sinkt der Blutzuckerspiegel. In den Leber- und Muskelzellen kann die aufgenommene Glucose in den Vielfachzucker Glykogen umgewandelt und gespeichert werden.
  • Sinkt der Blutzuckerspiegel unter 80 mg Glucose pro 100 ml Blut, produziert die Bauchspeicheldrüse vermehrt das Hormon Glucagon und gibt es ins Blut ab. Zielzellen, die das Glucagonsignal über ihre Rezeptoren wahrnehmen, geben darauf in Glucose ins Blut ab. Der Blutzuckerspiegel steigt. In Muskel- und Leberzellen regt Glucagon zudem den Abbau von dem Vielfachzucker Glykogen in Glucose an. Diese Glucose kann dann ebenfalls in Blut abgegeben werden.

Insulin und Glucagon werden als Gegenspieler bezeichnet. Sie wirken beide auf den Blutzuckerspiegel, jedoch mit entgegengesetzter Wirkung.

Das Zusammenspiel der Blutzuckermessung, der Hormone Insulin und Glucagon sowie der Aufnahme und Abgabe von Glucose in die Körperzellen und das Blut kann mit dem folgenden interaktiven Modell veranschaulicht werden.
© Zentrum für Schulqualität und Lehrerbildung (HG), Hormone – Kommunikation mit Botenstoffen, verändert von A-Spielhoff, CC BY-NC-SA 3.0 DE

Hormone der Pubertät

Die meisten Hormone, die sich auf die Pubertät auswirken, gibt es bei beiden Geschlechtern und führen bei beiden zu ähnlichen Ergebnissen.
Die Hirnanhangdrüse produziert viele Hormone, darunter auch die, die für die Pubertät verantwortlich sind. 
Ein sehr wichtiges Hormon, das von der Hirnanhangdrüse produziert wird, ist das Wachstumshormon (WH). Dieses sorgt dafür, dass die Knochen und das Gewebe deines Körpers größer werden. Während der Pubertät ist das Wachstumshormon für den Wachstumsschub verantwortlich, obwohl sich auch andere Hormone auf diesen Prozess auswirken, wie zum Beispiel Schilddrüsenhormone, die den Stoffwechsel (Metabolismus) beeinflussen. Bis vor Kurzem sind Kinder, bei denen das Wachstumshormon nicht produziert wurde, nicht in einem zu erwartenden Maße gewachsen. Mittlerweile kann dies durch die Injektion von Wachstumshormonen behandelt werden.

© A.Spielhoff, Hormone in der Pubertät, CC BY 4.0
Andere Hormone der Hirnanhangdrüse arbeiten indirekt, um das Körpergewebe zu verändern. Das bedeutet, dass sie eher andere endokrine Drüsen stimulieren, die dann Hormone produzieren, die dann wiederum Veränderungen im Körpergewebe auslösen. „Die Auswirkungen der Hirnanhangdrüse auf die Keimdrüsen (Geschlechtsdrüsen) oder Gonaden soll zur Veranschaulichung herangezogen werden, um zu zeigen, wie diese Folge von Ereignissen abläuft.

Die weiblichen Keimdrüsen (Geschlechtsdrüsen) sind die Eierstöcke, die männlichen Keimdrüsen (Geschlechtsdrüsen) sind die Hoden. Diese Keimdrüsen, auch Gonaden genannt, machen zwei Dinge: Sie produzieren Geschlechtszellen (entweder Eizellen oder Spermien) und sondern Hormone ab.

Bei Frauen und Männern produziert die Hirnanhangdrüse zwei Hormone, das follikelstimulierende Hormon (FSH) und das luteinisierende Hormon (LH). Diese fließen durch die Blutbahn und werden von den Keimzellen oder Gonaden aufgenommen (erinnere dich an das Schlüssel-Schloss-Prinzip). FSH und LH sind zusammen als Gonadotropine bekannt, also als Hormone, die die Gonaden steuern. Die Gonaden produzieren wiederum ihre eigenen Hormone.
In den Eierstöcken stimuliert FSH eine Eizelle (Ovum) dazu, in ihrem Follikel oder Eibläschen auszureifen. Während der Reifung produzieren Follikelzellen das Hormon Östrogen. Nachdem eine Eizelle ausgereift ist und der Follikel verlässt, sorgt LH dafür, dass die Follikelzellen Progesteron bilden. Östrogen und Progesteron spielen bei der sexuellen Reifung, im Menstruationszyklus und bei der Fortpflanzung eine wichtige Rolle.

Wenngleich sie nach den Aufgaben benannt wurden, für die sie im weiblichen Körper zuständig sind, kommen FSH und LH auch im männlichen Körper vor, erfüllen dort aber andere Aufgaben. Im männlichen Körper stimuliert FSH die Produktion von männlichen Samenzellen in den Hoden, sorgt aber nicht dafür, dass die Hoden Hormone produzieren. Diese Aufgabe wird vom LH erfüllt, das auf Zellen einwirkt, die sich zwischen winzigen Röhren befinden, in denen die Samenzellen hergestellt werden, und das außerdem dafür sorgt, dass die Zellen ein Hormon namens Testosteron bilden, welches zur Entwicklung von Schambehaarung und Muskelwachstum führt.
Eine weitere Testosteronquelle bei beiden Geschlechtern sind die Nebennieren. Sie werden auch von der Hirnanhangdrüse gesteuert und befinden sich auf den oberen Polen der Nieren. Während das meiste Testosteron bei Männern in den Hoden produziert wird, sind die Nebennieren die Hauptquelle an Testosteron bei Frauen.

Wenn von Hormonen die Rede ist, ist es ist üblich, bei Testosteron (oder Androgen) von einem “männlichen” Hormon und bei Östrogen und Progesteron von “weiblichen” Hormonen zu sprechen. Dennoch kommen alle drei Hormone bei beiden Geschlechtern in unterschiedlichen Mengen vor und alle gehören zu einer chemischen Gruppe, die Steroide genannt wird. Diese Hormone haben auch Auswirkungen, die nicht die Sexualität betreffen. So hilft Androgen beispielsweise bei beiden Geschlechtern beim Muskelaufbau.
© SCHULBUCH-O-MAT. „BIOLOGIE 1.“ Version 1.4, 7.4 Hormone und Pubertät, CC BY NC SA

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