Biologie: 9. Klasse

Hormone

Hormone sind chemische Signalstoffe. Sie werden in besonderen Zellen, meist in Drüsenzellen, gebildet und bei Tieren und beim Menschen über das Blut zum Wirkungsort transportiert.

Hormone bei Tieren am Beispiel der Entwicklung bei Fröschen

Kaulquappen entwickeln sich zu Fröschen. Der Gestaltwandel findet von einem Wasserlebewesen mit Kiemen und einem langen, stromlinienförmigen Körper zu einem Landtier mit Lungen und Beinen statt. Dies nennt man Metamorphose.

Füttert man die Kaulquappen mit Schilddrüsengewebe, wird die Metamorphose beschleunigt. Entfernt man die Schilddrüse, so wachsen sie zu Riesenkaulquappen heran, ohne eine Metamorphose durchzuführen. Dies liegt daran, dass durch das Schilddrüsengewebe, das Hormon Thyroxin isoliert wird. Sind 0,01 mg des Hormons pro Liter Wasser vorhanden, wird die Metamorphose ausgelöst.

Wirkung der Hormone auf bestimmte Organe

Hormone wirken nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip: Besitzen Zellen bestimmte Rezeptoren an der Zellmembran, zu denen ein Hormon wie ein Schlüssel zu einem Schloss passt, dann kann sich dieses Hormon an die Rezeptoren binden. Im Innern der Zelle werden Enzyme aktiv, die bestimmte Stoffwechselreaktionen in Gang setzen.

Hierarchie der hormonellen Systeme

Eine Hierarchie ist ein System von Elementen, die einander über- bzw. untergeordnet sind. Dies ist im Hormonsystem des Menschen wichtig, da es eine Vielzahl von Drüsen gibt. An der Unterseite des Zwischenhirns liegt der Hypothalamus und in diesem die Hypophyse (Hinanhangsdrüse). Sie ist das übergeordnete Organ des Hormonsystems.

Der Hypothalamus ist die Verbindungsstelle zwischen Nerven- und Hormonsystem. Spezialisierte Nervenzellen in diesem setzen Stoffe frei (Neurohormone), die in die Hypophyse gelangen und sie beeinflussen. Hier sitzt die Hypophyse, die Hirnanhangsdrüse.

Beispiel Thyroxin

Das Hormon Thyroxin wird in der Schilddrüse gebildet und an das Blut abgegeben, wenn das von der Hypophyse gebildete Hormon TSH (Thyroxin stimulierendes Hormon) über die Blutgefäße zur Schilddrüse gelangt ist.

Die Messung des Thyroxingehalts des Blutes wird von thyroxinempfindlichen Zellen durchgeführt. Wird eine zu hohe bzw. zu niedrige Konzentration festgestellt, wird die TSH-Abgabe entsprechend erhöht oder verringert. Thyroxin wird ständig in der Leber abgebaut.

Thyroxin enthält chemisch gebundenes Iod. Daher ist es wichtig, mit der Nahrung genügend davon aufzunehmen. Einige Nahrungsmittel enthalten viel Iod, z.B. Fisch oder iodiertes Salz. Der Mangel an Iod kann zu einer Schilddrüsenwucherung, einem Kropf, führen, da die Schilddrüse durch das Wachstum versucht, den Iodmangel auszugleichen.

Störungen bei der Blutzuckerregulation

Ein Beispiel für eine Störung des Hormonsystems ist die Zuckerkrankheit „Diabetes mellitus“. Der Blutzuckerspiegel (BZS) eines gesunden Menschen beträgt circa 0,6-1,1 g/l. Die Regelung erfolgt durch die Bauchspeicheldrüse und deren Hormone Insulin und Glukagon, die antagonistisch wirken. Übersteigt der BZS einen Wert von 1,7 g/l, dann ist Glukose im Urin nachweisbar.

Die Zuckerkrankheit Diabetes mellitus unterscheidet man in Diabetes mellitus Typ-I und Diabetes mellitus Typ-II.

Typ-I tritt schon im Kindes- und Jugendalter auf. Die Ursache hierfür ist, dass die Bauchspeicheldrüse kein Insulin bildet. Die Krankheit ist vermutlich vererbt. An Typ-II erkranken die Menschen meist erst im Alter zwischen 50-60 Jahren. Man nennt diese Art auch Alterszucker.

An Diabetes erkrankte Patienten sind häufig übergewichtig. Das bedeutet, dass bei einer Behandlung Gewichtsabnahme und ein Ernährungsplan erforderlich sind.

Darstellung der Hormontätigkeit durch Regelkreise

Wie Hormone wirken, kann man übersichtlich mit einem Regelkreis darstellen. Im folgenden soll das an Beispielen verdeutlicht werden.

Regelkreis der Atemregulierung

Bei körperlicher Anstrengung ändert sich der Kohlenstoffdioxidgehalt im Blut. Dadurch wird die Atemtätigkeit erhöht, bis der CO₂-Gehalt wieder den Normalwert erreicht hat. Dabei übernehmen unterschiedliche Faktoren verschiedene Teile des Regelkreises:

• Regelstrecke: Körper
• Regelgröße: Kohlenstoffdioxidgehalt im Blut
• Messglied: Chemorezeptoren
• Störgröße: Körperliche Aktivität (Zellatmung)
• Ist-Wert: Gemessener Wert
• Soll-Wert: Genetisch festgelegter Wert
• Regelglied: Untergeordnetes Zentrum im ZNS
• Stellglied: Zwerchfell und die Rippenmuskeln
• Stellgröße: Erhöhte Atemfrequenz

Diese unübersichtliche Auflistung lässt sich durch ein Pfeildiagramm vereinfachen:

Je mehr Muskeltätigkeit ausgeübt wird, desto höher wird der Kohlenstoffdioxid-Gehalt im Blut. Dadurch beschleunigst sich der Herzrhythmus und die Atmung. Dies wiederum reduziert die Konzentration des Kohlenstoffs im Blut.

Regelkreis am Beispiel der Temperaturregulierung

Ebenso übersichtlich lässt sich die Temperaturregulierung darstellen:

Regulation des Glukosespiegels im Blut

Die Regulation des Glukosespiegels im Blut läuft auf eine ähnliche Weise ab: