Biologische Schnittstellen im
Chemieunterricht
Mag. Katrin EISBACHER, BRG Salzburg
[email protected]
Dr. Bernhart RUSO, TU Wien
[email protected]
Das Hormonsystem
Kommunikation von Informationen
im Körper
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Spezifität der
Signalübertragung
• Hohe Affinität der Rezeptoren für die
Signalmoleküle
• Kooperativität der Wechselwirkung
zwischen Ligand und Rezeptor
• Signalverstärkung mit Enzymkaskaden
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Überblick
•
•
•
•
•
Erkennung und Nachweismethoden
Definition, Wirkung und Aktivierung
Einteilung der Hormone
Blutzuckerregulation als Beispiel
Synthese und Abbau
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Radioimmunassay
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5
ELISA
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Sandwich-ELISA
• Chromogen wird
• Antikörper 1
zugegeben
gebunden an
feste Phase
• Enzym spaltet
Chromogen →
• nachzuweisendes
Farbe
Antigen wird
inkubiert
• Detektions• Intensität ~
antikörper mit
Konzentration des
Enzym am Ende
Antigens
bindet an Antigen
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Überblick
•
•
•
•
•
Erkennung und Nachweismethoden
Definition, Wirkung und Aktivierung
Einteilung der Hormone
Blutzuckerregulation als Beispiel
Beispiele von Hormonen
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Was sind Hormone?
• Stoffe, die von spezifischen Geweben
synthetisierrt werden
• Sie werden direkt vom Gewebe ins Blut
abgegeben, das sie zu ihrem
Wirkungsort bringt
• Sie ändern in spezifischer Weise die
Aktivität bestimmter darauf
ansprechender Gewebe
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Wie wirken Hormone?
• Peptid- und Aminhormone sowie
Eicosanoide wirken über Rezeptoren auf
die Zielzellen ein, die die Konzentration
von intrazellulären sekundären
Botenstoffen (cAMP) ändern
• Steroidhormone, Vitamin D, Retinoide
oder Schilddrüsenhormone dringen in die
Zielzellen ein und verändern die
Genexpression
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cAMP
• Second Messenger
• aktiviert
Proteinkinasen
• Cyclisches Adenosin 3´5´Monophosphat
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Synthese
• Adenylat-Cyclase wandelt
Adenosin-Triphosphat ATP in
cAMP und Pyrophosphat um.
+
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Hydrolyse
• Phosphodiesterase hydrolysiert
cAMP zu AMP
H2O
H+
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cAMP als Second Messenger
• Vorteil: Hormon muss nicht in die Zelle
eindringen
• einige Hormone, die cAMP benutzen:
– Adrenalin
– follikelstimulierendes Hormon
– Glucagon
– Noradrenalin
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Überblick
•
•
•
•
•
Erkennung und Nachweismethoden
Definition, Wirkung und Aktivierung
Einteilung der Hormone
Blutzuckerregulation als Beispiel
Beispiele von Hormonen
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Einteilung nach Herkunft
• Drüsenhormone
– Schilddrüse, Hypophyse, Nebenniere, Gonaden,
Inselzellen in der Bauchspeicheldrüse
• Neurohormone
– Speicherung im Hypophysenhinterlappen
• Gewebshormone
– parakrine Hormone (Histamin, Serotonin und
Prostaglandin)
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Einteilung nach molekularen
Mechanismen am Zielort
• Wirkung an der Zelloberfläche
(Catecholamine, Peptidhormone)
• Wirkung nach Eindringen in die Zelle
(Schilddrüsenhormone,
Steroidhormone)
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Die vier Hormonklassen
1.
2.
3.
4.
AS-Derivate (z.B. Histamin)
Polypeptide (z.B. Parathormon)
Steroide (z.B. Progesteron)
Fettsäurederivate (z.B. Prostaglandine)
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2
3
1
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Die vier Hormonklassen
•
•
•
•
AS-Derivate (z.B. Histamin)
Polypeptide (z.B. Parathormon)
Steroide (z.B. Progesteron)
Fettsäurederivate (z.B. Prostaglandine)
• Calcitriol, Schilddrüsenhormone, NO
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Aminosäurenderivate
• Catecholamine (Adrenalin,
Noradrenalin)
(Tyrosin)
• Histamin
(Histidin)
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Adrenalin und Noradrenalin
1,2-Dihydroxybenzen
Benzen-1,2-diol
Brenzcatechin
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Biosynthese von Histamin
• aus Histidin mittels His-Decarboxylase
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Abbau von Histamin
Histamin-N-Methyltransferase, Diaminoxidase , Aldehydoxidase
Diaminoxidase , Aldehydoxidase
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24
Die vier Hormonklassen
•
•
•
•
AS-Derivate (z.B. Histamin)
Polypeptide (z.B. Parathormon)
Steroide (z.B. Progesteron)
Fettsäurederivate (z.B. Prostaglandine)
• Calcitriol, Schilddrüsenhormone, NO
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Peptidhormone
•
•
•
•
•
Glucagon
Insulin
Wachstumshormon Somatotropin
Prolactin
Lutetisierendes Hormon (LH),
Thyreoideastimulierendes Hormon (TSH),
Follikelstimulierendes Hormon (FSH)
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Glykoproteine
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O- / N-glykosidische Bindung
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28
Wachstumshormon vs.
Prolactin
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LH, TSH, FSH
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Die vier Hormonklassen
•
•
•
•
AS-Derivate (z.B. Histamin)
Polypeptide (z.B. Parathormon)
Steroide (z.B. Progesteron)
Fettsäurederivate (z.B. Prostaglandine)
• Calcitriol, Schilddrüsenhormone, NO
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Steroidhormone
• stammen vom Cholesterin ab
– Östrogene
– Glucocorticoide (Cortisol)
– Mineralocorticoide (Aldosteron)
– Androgene
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Steroidhormone
Cholesterin
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Steoridhormone
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Biosynthese
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Die vier Hormonklassen
•
•
•
•
AS-Derivate (z.B. Histamin)
Polypeptide (z.B. Parathormon)
Steroide (z.B. Progesteron)
Fettsäurederivate (z.B. Prostaglandine)
• Calcitriol, Schilddrüsenhormone, NO
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Prostaglandin
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Die vier Hormonklassen
•
•
•
•
AS-Derivate (z.B. Histamin)
Polypeptide (z.B. Parathormon)
Steroide (z.B. Progesteron)
Fettsäurederivate (z.B. Prostaglandine)
• Calcitriol, Schilddrüsenhormone, NO
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Calcitriol
– aus Vitamin D synthetisiert
– verändert Transkription von Genen
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Schilddrüsenhormone
– Thyroxin
– Triiodthyronin
– aus Thyrosin synthetisiert
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Biosynthese der
Schilddrüsenhormone
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Stickstoffmonoxid
– extrazellulärer Messenger
– verantwortlich für nitrosativen Stress
– Peroxynitrit
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NO-Citrullin-Zyklus
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NO-Synthatasen
• eNOS
• iNOS
• nNOS
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Überblick
•
•
•
•
•
Erkennung und Nachweismethoden
Definition, Wirkung und Aktivierung
Einteilung der Hormone
Blutzuckerregulation als Beispiel
Beispiele von Hormonen
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Blutzuckerregulation
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Biosynthese von Insulin
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Abbau von Insulin
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Glucagon
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Biosynthese von Adrenalin
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Abbau von Adrenalin
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Überblick
•
•
•
•
•
Erkennung und Nachweismethoden
Definition, Wirkung und Aktivierung
Einteilung der Hormone
Blutzuckerregulation als Beispiel
Beispiele von Hormonen
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Phytohormone - Auxine
Tryptophan
Tryptamin
Indol-3-yl-Essigsäure
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Phytohormone - Ethen
+
Adenosin
Methionin
S-Adenosylmethionin
1-Aminocyclopropancarbonsäure
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Immunsuppression - Cortisol
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Pheromone - Androstenon
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Verhütung - Testosteron
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Verhütung - Östrogen
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58
Verhütung - Progesteron
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Schnittstellen Hormonsystem