Das Auftreten einer biologischen Reaktion als Antwort auf hormonelle Einflüsse setzt die Bindung des Hormons an einen spezifischen Rezeptor in der Zielzelle voraus. Der Rezeptor kann dabei als Vermittler betrachtet werden, der das extrazelluläre Signal, das vom Hormon übermittelt wird, in ein intrazelluläres Signal umwandelt, dessen Endresultat die spezifische Zellantwort ist.
Alle bisher beschriebenen Hormonrezeptoren besitzen nur eine Bindungsstelle, so dass zu einem gegebenen Zeitpunkt nur ein Hormonmolekül den Rezeptor-Komplex bilden kann. Im Gegensatz zu enzymatischen Reaktionen, bei denen die Substratbindung an das Enzym zu Strukturänderungen führt, wird das Hormon bei der Bindung an den Rezeptor nicht verändert. Die Interaktion zwischen Hormon und Rezeptor ist eine nicht-kovalente, reversible Bindung, also ein temporäres Phänomen.
Rezeptortypen und Signalübertragung
Basierend auf ihrer subzellulären Lokalisation lassen sich Hormonrezeptoren in zwei große Gruppen einteilen: membranständige (oder oberflächliche) Rezeptoren und intrazelluläre Rezeptoren. Membranständige Rezeptoren befinden sich in der Zellmembran der Zielzelle und interagieren mit Proteinhormonen und Katecholaminen. Intrazelluläre Rezeptoren hingegen liegen innerhalb der Zelle vor und binden an lipophile Steroid- und Schilddrüsenhormone, die leicht durch die Zellmembran diffundieren können.
Intrazelluläre Rezeptoren
Da intrazelluläre Rezeptoren frei im Zytosol vorliegen, gibt es Uneinigkeit über ihre genaue Lokalisation. Zunächst wurde angenommen, dass freie intrazelluläre Rezeptoren im Zytosol lokalisiert sind und der Hormon-Rezeptor-Komplex dann in den Zellkern wandert. Mittlerweile ist jedoch klar, dass die meisten intrazellulären Steroidhormonrezeptoren auch im ungebundenen Zustand hauptsächlich im Zellkern lokalisiert sind.
Nach der Bindung des Hormons an den Rezeptor dissoziiert der Komplex aus Chaperonproteinen, und die freien Rezeptoren bilden Dimere. In diesem „aktivierten“ Zustand wandern die zytosolischen und nukleären Rezeptoren zum Zellkern-DNA, wo sie mit hormonsensitiven Elementen (HREs) interagieren. Durch diese Bindung an HREs kann der Hormon-Rezeptor-Komplex die Transkription spezifischer Gene regulieren.
Membranständige Rezeptoren
Im Gegensatz zu den Rezeptoren für lipophile Hormone, die leicht in die Zelle eindringen können, befinden sich die Rezeptoren für lipophobe (Protein-Peptid-) Hormone an der Zelloberfläche, da diese Hormone nicht in die Zelle gelangen können. Da die Hormon-Rezeptor-Komplexbildung an der Außenseite der Zelle stattfindet, werden die intrazellulären Ereignisse durch einen Signalübertragungsmechanismus vermittelt, der eine schnelle Reaktion ermöglicht. Die Schnelligkeit der Antwort wird dadurch erreicht, dass der Membranrezeptor mit einem sekundären Botenstoff gekoppelt ist (wobei das Hormon als primärer Botenstoff fungiert), d.h. das Signalübertragungssystem ist ständig einsatzbereit und muss nur durch die Bildung des Hormon-Rezeptor-Komplexes aktiviert werden.
Häufig gestellte Fragen
Was sind Hormonrezeptoren?
Hormonrezeptoren sind Proteine, die in Zielzellen für bestimmte Hormone spezifisch sind und an diese binden können, um so eine biologische Reaktion auszulösen.
Wie funktionieren Hormonrezeptoren?
Hormonrezeptoren wandeln das extrazelluläre Hormonsignal in ein intrazelluläres Signal um, das dann eine spezifische Zellantwort auslöst. Die Bindung des Hormons an den Rezeptor führt zu Konformationsänderungen im Rezeptor, die dann wiederum eine Signalkaskade in der Zelle in Gang setzen.
Welche Arten von Hormonrezeptoren gibt es?
Es gibt zwei Hauptgruppen von Hormonrezeptoren: Membranrezeptoren, die an der Zelloberfläche lokalisiert sind und mit wasserlöslichen Proteinhormonen interagieren, und intrazelluläre Rezeptoren, die im Zytoplasma oder Zellkern vorkommen und lipophile Steroid- und Schilddrüsenhormone binden.
Wie werden Signale von Membranrezeptoren übertragen?
Membranrezeptoren sind mit intrazellulären Signalwegen wie second messenger-Systemen gekoppelt. Die Hormonbindung an den Membranrezeptor aktiviert diese Signalkaskaden, was eine schnelle zelluläre Antwort ermöglicht.
Wie funktionieren intrazelluläre Hormonrezeptoren?
Intrazelluläre Hormonrezeptoren befinden sich im Zytoplasma oder Zellkern. Nach Hormonbindung dissoziieren sie von Chaperonen, dimerisieren und wandern zum Zellkern, wo sie an hormonsensitive DNA-Elemente binden und die Gentranskription regulieren. Dies führt zu langfristigen Effekten durch Veränderung der Proteinexpression.