Wirkungsmechanismen von Hormonen
Die Spezifikation des Hormonsystems kommt nicht wie beim Nervensystem über definierte Zell-Kontakte-Zustände, sondern über spezifische Hormonrezeptoren, die von den jeweiligen Zielzellen gebildet werden. Je nachdem, ob das Hormon hydrophil oder lipophil ist, können die Rezeptoren an der Plasmamembran oder im Zellinneren lokalisiert sein und über intrazelluläre Signalwege die jeweilige Zellantwort aus lösen.
Aufgrund ihrer biochemischen Eigenschaft sind lipophile Hormone (Steroidhormone, Schilddrüsenhormone) in der Lage, die Plasmamembran zu passieren und direkt in das Zytoplasma zu diffundieren. Dabei verlassen sie ihr Transportprotein, das sie für den Transport im wässrigen Blut benötigt haben. Im Zytoplasma binden sie jedoch direkt an einen Hormonrezeptoren, da sie im wässrigen Zytoplasma nicht frei vorliegen können.
Die Bindung ist dabei sehr spezifisch und erfolgt über das Schlüssel-Schloss-Prinzip, was bedeutet, dass nur ein bestimmtes Hormon an den jeweiligen Rezeptor binden kann, um eine entsprechende Antwort auszulösen. Das Hormon passt dabei strukturell wie ein Schlüssel zu seinem Schloss (Rezeptor). Durch diese Bindung kommt es zu einer Konformationsänderung (Strukturänderung) des Rezeptors, wodurch eine aktive Stelle am Rezeptor freigelegt wird. In dieser aktivierten Form gelangt der Hormon-Rezeptor-Komplex (aktivierter Rezeptor mit gebundenem Hormon) in den Zellkern, wo er die Transkription (Abschrift) der DNA reguliert. Im Falle einer Transkriptionsaktivierung, kommt es zur Bildung einer Messenger-RNA(mRNA), die im Zytosol zu einem Protein translatiert wird (Proteinbiosynthese), das die entsprechende Zellantwort verrichtet (Abbildungsteil A).
Anders als Steroidhormonrezeptoren, liegt der Rezeptor der Schilddrüsenhormone nicht im Zytoplasma, sondern direkt im Zellkern vor. Die Schilddrüsenhormone diffundieren dann zunächst in den Zellkern und binden dort an den entsprechenden Rezeptor. Der Wirkmechanismus ist dann aber identisch.Hydrophile Hormone sind nicht in der Lage, die Plasmamembran zu passieren. Hier liegt der Rezeptor als Transmembranprotein vor, der das Hormon an der Außenseite der Zelle bindet. Häufig wird, nach dem Binden des Hormons an den Rezeptor, ein intrazellulärer Botenstoff ( second messenger , manchmal auch Third messenger), wie z. B. cAMP, gebildet und losgeschickt. Dieser bewirkt dann die Hormonwirkung in der Zelle.
In der Regel führt die Bindung des Hormons an dem extrazellulären Rezeptor ( first messenger ) zu einer Aktivierung der Adenylatcyclase, die Adenosintriphosphat (ATP) in angewandtes Adenosinmonophosphat (cAMP) umsetzt (second messenger). Durch cAMP wird eine Proteinkinase aktiviert, die ihrerseits verschiedene Proteinephosphoryliert (Phosphorylierung = Übertragung von Phosphatgruppen) und dadurch aktiviert ( third messenger ). Solche Zielproteine können z. B. Kernproteine sein, die als Transkriptionsfaktor dienen oder Enzyme, die im Stoffwechsel aktiv werden. Durch die Rückbildung von cAMP zu AMP durch die Phosphodiesterase, wird dann schließlich die Zellantwort gestoppt.
Hormone haben aber keineswegs immer eine aktivierende Wirkung. Je nach Rezeptortyp können sie auch über die Bindung an den extrazellulären Rezeptor die Adenylatcyclase deaktivieren und somit eine Zelle hemmen (Abbildungsteil B).
Die verschiedenen biochemischen Eigenschaften der Hormone bestimmen aber nicht nur ihre Wirkung in der Zelle, sondern auch die Art der therapeutischen Anwendung. So werden Steroidhormone, Aminosäuren und Derivate nicht von der Magensäure zersetzt und können enteral (auf den Darm bezogen) in Form von Tabletten von gegeben werden. Bei Peptidhormonen, wie dem Insulin, ist dies nicht der Fall. Da sie im Magen denaturiert Werden, müssen sie parenteral (bspw. subkutan) gewährt werden.