Nach dem Essen wird Glucose aus dem Darm ins Blut aufgenommen. Trotzdem steigt ihre Konzentration normalerweise nicht unbegrenzt. Der Körper reagiert mit Hormonen: chemischen Botenstoffen, die Tätigkeiten von Zellen aufeinander abstimmen.
Endokrine Zellen geben Hormone in die Gewebsflüssigkeit und damit ins Blut ab. Das Blut verteilt sie im Körper. Eine Zielzelle besitzt passende Rezeptoren, an die das Hormon binden kann. Ohne geeigneten Rezeptor bleibt die entsprechende Signalwirkung aus.
Hormonzelle → Blut → Rezeptor der Zielzelle → veränderte Zellaktivität
Hormon-Labor: Warum reagieren nur bestimmte Zellen?
Wechsle zwischen passender Zielzelle und anderer Zelle. Achte auf die Rezeptorform und die ausgelöste Wirkung.
Passende Zielzelle
Das Hormon bindet an einen passenden Rezeptor. Die Bindung löst einen Signalweg aus, der die Tätigkeit der Zelle verändert. Das Hormon ist eine Information, nicht der Brennstoff für die Reaktion.
Auf kleinen Bildschirmen kannst du die Schaubilder bei Bedarf seitlich verschieben.
Vom Rezeptor zur Wirkung
Die Bindung ist der Anfang einer Signalkette. Sie kann vorhandene Enzyme beeinflussen, Transportproteine verändern oder längerfristig die Bildung von Proteinen steuern. Verschiedene Zielzellen können auf dasselbe Hormon unterschiedlich reagieren.
Im Modell sitzt der Rezeptor an der Zelloberfläche. Das passt zu vielen wasserlöslichen Hormonen, etwa Insulin. Fettlösliche Hormone wie viele Steroidhormone können die Zellmembran passieren und an Rezeptoren im Zellinneren binden. Die geometrischen Formen im Schaubild sind ein Modell für molekulare Passung, keine echten Hormonformen.
Beispiel
Bildungsort
Beispiel einer Wirkung
Insulin und Glukagon
Beta- beziehungsweise Alphazellen der Bauchspeicheldrüse
Regulation der Glucoseversorgung und Speicherung.
Adrenalin
Nebennierenmark
Unterstützt kurzfristige Leistungsbereitschaft, etwa durch Kreislauf- und Stoffwechseländerungen.
Schilddrüsenhormone
Schilddrüse
Beeinflussen Stoffwechsel, Wachstum und Entwicklung.
Wachstumshormon
Hypophysenvorderlappen
Beteiligt an Wachstum und Stoffwechsel; Wirkung teils über weitere Botenstoffe.
Nervensystem und Hormonsystem arbeiten zusammen
Nervensystem
Hormonsystem
Übertragungsweg
Elektrische Erregung entlang von Axonen, häufig chemische Übertragung an Synapsen.
Chemische Botenstoffe, bei endokriner Wirkung über das Blut verteilt.
Zielgenauigkeit
Anatomisch verbundene Zielzellen und passende Rezeptoren.
Zielzellen mit passenden Rezeptoren und geeigneter Signalausstattung.
Zeitlicher Verlauf
Oft sehr schnelle, räumlich gezielte Antworten.
Häufig langsamer und länger anhaltend; manche Hormone, etwa Adrenalin, wirken schnell.
„Nerven immer schnell, Hormone immer langsam“ ist daher zu grob. Bei einer Stressreaktion aktiviert der Sympathikus unter anderem das Nebennierenmark. Adrenalin unterstützt die schnelle Bereitstellung von Energie. Länger dauernde Stressreaktionen beziehen weitere Hormonwege ein, etwa Cortisol.
Ein Organ mit zwei unterschiedlichen Aufgaben
Exokriner Anteil · Verdauung
Drüsenzellen geben Verdauungssekret über Ausführungsgänge in den Dünndarm ab. Die darin enthaltenen Enzyme sind nicht die Blutzuckerhormone.
Endokriner Anteil · Regulation
In den Langerhans-Inseln liegen unter anderem Betazellen, die Insulin bilden, und Alphazellen, die Glukagon bilden. Diese Hormone werden ins Blut abgegeben.
Blutzucker meint hier die Glucosekonzentration im Blut. Glucose ist ein wichtiger Energieträger. Die Regulation hält ihre Verfügbarkeit trotz wechselnder Nahrungsaufnahme und wechselnden Verbrauchs in einem geeigneten Bereich. Dieser ist kein ständig exakt gleicher Einzelwert.
Insulin und Glukagon wirken als Gegenspieler
Wähle die Ausgangssituation und verfolge den Regelkreis. Insulin und Glukagon wirken gemeinsam mit weiteren Signalen; das Modell hebt ihre wichtigsten gegensinnigen Wirkungen auf den Blutzucker hervor.
Nach einer kohlenhydrathaltigen Mahlzeit
Glucose gelangt aus dem Dünndarm ins Blut. Bei steigendem Blutzucker geben Betazellen mehr Insulin ab. Aufnahme und Speicherung werden gefördert, die Glucoseabgabe der Leber wird gehemmt. Der Blutzucker sinkt wieder; damit nimmt der auslösende Reiz ab.
Insulin
Glukagon
Fördert insbesondere in Muskel- und Fettzellen die Glucoseaufnahme über zusätzliche Transporter.
Fördert vor allem in der Leber die Bereitstellung von Glucose.
Fördert unter anderem die Bildung von Glykogen in Leber und Muskeln und hemmt die Glucoseabgabe der Leber.
Fördert den Glykogenabbau und die Glucoseneubildung in der Leber.
Wirkt insgesamt blutzuckersenkend.
Wirkt insgesamt blutzuckersteigernd.
Glucose ist nicht Glykogen: Glucose ist ein Einfachzucker. Glykogen ist ein verzweigter Speicherstoff aus vielen Glucosebausteinen. Muskelglykogen dient vor allem dem Muskel selbst; die Leber kann aus ihrem Speicher Glucose an das Blut abgeben.
Insulin „schließt“ nicht jede Körperzelle wie mit einem universellen Schlüssel auf. Nicht alle Zellen nehmen Glucose insulinabhängig auf; beispielsweise ist die Aufnahme vieler Gehirnzellen weitgehend insulinunabhängig. Auch in der Leber beruht die Insulinwirkung nicht einfach auf demselben Transportmechanismus wie in Muskelzellen.
Negative Rückkopplung: Die Antwort bremst ihren Auslöser
Steigt der Blutzucker, verstärkt sich die Insulinabgabe. Die dadurch begünstigten Vorgänge senken ihn wieder. Damit wird auch das Signal für eine verstärkte Insulinabgabe schwächer. Negative Rückkopplung bedeutet: Eine Antwort wirkt der ursprünglichen Abweichung entgegen. „Negativ“ heißt hier nicht schädlich.
Beide Regelwege arbeiten fortlaufend. Zwischen den Mahlzeiten fehlt daher nicht einfach jedes Insulin, und nach dem Essen ist nicht jedes Glukagon verschwunden. Das Verhältnis der Signale passt sich der Situation an.
So erklärst du eine Regelung
1. Ausgangsänderung nennen. 2. Reagierende Hormonzellen und Hormon benennen. 3. Wirkung an Zielorganen erklären. 4. Rückwirkung auf die Ausgangsgröße begründen.
Beispiel: Glucose gelangt ins Blut
Blutzucker steigt → Betazellen geben mehr Insulin ab → Aufnahme/Speicherung nehmen zu, Leberabgabe nimmt ab → Blutzucker sinkt → Reiz zur Insulinabgabe wird kleiner.
Regelkreis-Check
Welche Folge wäre im vereinfachten Modell bei verminderter Insulinwirkung nach einer Mahlzeit zu erwarten?
Entscheide und begründe über die Wirkung an den Zielorganen.
Daten auswerten: Blutzucker nach einer Mahlzeit
Diese erfundenen Modellwerte zeigen einen möglichen Verlauf. 100 bezeichnet den Ausgangswert, keine medizinische Maßeinheit und keinen Diagnosegrenzwert.
Zeit nach der Mahlzeit
0 min
30 min
60 min
120 min
Relative Glucosekonzentration
100
145
120
100
Beschreibe zunächst nur den Verlauf. Erkläre ihn anschließend mit Glucoseaufnahme aus dem Darm, Insulinwirkung und negativer Rückkopplung. Aus Glucosewerten allein kann man nicht direkt ablesen, wie viel Insulin ausgeschüttet wurde.
Wenn die Regulation gestört ist: Diabetes mellitus
Bei Diabetes mellitus ist der Blutzucker aufgrund gestörter Insulinbildung oder -wirkung dauerhaft beziehungsweise wiederholt zu hoch. Die Erkrankung hat verschiedene Formen. Die beiden häufig behandelten Typen unterscheiden sich biologisch:
Typ 1
Typ 2
Das Immunsystem zerstört meist die insulinbildenden Betazellen. Es entsteht ein ausgeprägter Insulinmangel.
Zielgewebe reagieren vermindert auf Insulin: Insulinresistenz. Später kann die Insulinproduktion den Bedarf nicht mehr decken.
Kann in jedem Alter auftreten; wird nicht einfach durch das Essen von Zucker verursacht.
Mehrere Faktoren wirken zusammen, darunter Veranlagung, Alter, Körperfettverteilung und körperliche Aktivität. Auch jüngere Menschen können betroffen sein.
Die Unterscheidung „Kinderdiabetes oder Altersdiabetes“ ist deshalb ungenau. Eine ausgeglichene Ernährung und Bewegung können das Risiko für Typ 2 beeinflussen, erklären aber nicht jede Erkrankung. Das Lernmodell dient dem Verständnis der Regelung und nicht der Diagnose oder der Berechnung von Medikamenten.
Warum Bewegung zur Regulation beiträgt: Arbeitende Muskeln benötigen Energie und nehmen mehr Glucose auf. Muskelaktivität kann die Glucoseaufnahme auch über zusätzliche, insulinunabhängige Signalwege fördern; regelmäßige Bewegung kann zudem die Insulinempfindlichkeit verbessern. Typ 1 und Typ 2 dürfen deshalb trotzdem nicht gleichgesetzt werden.
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Alle 18 Aufgaben mit Lösungen zum Nachlesen
1 · Erkennen und zuordnen
1. Wodurch erreicht ein Hormon viele mögliche Zielorte?
Durch Transport mit dem Blut
Ausschließlich durch Weiterleitung in einem einzigen Axon
Durch einen Ausführungsgang direkt in jede Körperzelle
Lösung und Erklärung
Durch Transport mit dem Blut
Endokrine Zellen geben Hormone ab, die über die Blutbahn verteilt werden.
2. Wodurch wird eine Zelle zur Zielzelle für ein bestimmtes Hormon?
Allein durch ihre Entfernung vom Herzen
Ausschließlich durch ihre Größe
Durch passende Rezeptoren und die zugehörigen Signalwege
Lösung und Erklärung
Durch passende Rezeptoren und die zugehörigen Signalwege
Die Bindung an einen passenden Rezeptor ist Voraussetzung für eine gezielte Hormonwirkung.
Ja; ihre nachgeschalteten Signalwege und Zellfunktionen können sich unterscheiden
Nein; ein Hormon erzwingt in jeder Zelle immer exakt dieselbe Wirkung
Lösung und Erklärung
Ja; ihre nachgeschalteten Signalwege und Zellfunktionen können sich unterscheiden
Rezeptorbindung startet eine Reaktion, deren Ergebnis auch von der Ausstattung der Zielzelle abhängt.
Wie sicher bist du jetzt?
Bearbeite drei weitere Aufgaben ohne Nachschlagen. Nutze die Rückmeldung, um gezielt weiterzulernen.
Entscheide ohne Nachschlagen. Pro Aufgabe passt genau eine Antwort.
Lösungen mit Erklärungen
Erhöhte Blutglucose → Insulinwirkung → Blutglucose sinkt → Ausschüttungsreiz nimmt ab – Der Regelkreis wirkt der anfänglichen Erhöhung entgegen und begrenzt dadurch seinen eigenen Antrieb.
Abgabe von Insulin ins Blut – Endokrin bedeutet Hormonabgabe mit Verteilung über das Blut; die Enzymabgabe in den Darm ist exokrin.
Ein Glucoseverlauf lässt sich beschreiben, liefert allein aber keine gemessene Insulinkonzentration – Beobachtung und Erklärung müssen getrennt werden. Aus einer Glucosekurve darf keine nicht gemessene Hormonzahlenreihe abgelesen werden.
Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.
Weitere Aufgaben zum Selbstcheck
14 Aufgaben: Wissen anwenden und Zusammenhänge erklären
Löse zunächst ohne Hilfe. Die Tipps führen zum Ansatz; die Lösungen zeigen, welche Fachbegriffe und Begründungen dazugehören.
1 · Was ist ein Hormon?
Tipp anzeigen
Botenstoff, Transport und Zielzelle nennen.
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Ein Hormon ist ein chemischer Botenstoff. Bei endokriner Wirkung wird es über das Blut verteilt und beeinflusst Zellen mit passenden Rezeptoren.
2 · Warum reagieren nicht alle Zellen gleich auf dasselbe Hormon?
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Passender Rezeptor ist nötig, aber auch die weitere Zellausstattung zählt.
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Nur Zellen mit geeignetem Rezeptor können den entsprechenden Signalweg starten. Welche Wirkung folgt, hängt auch von den vorhandenen Signal- und Stoffwechselwegen ab.
3 · Welche Grenze hat das Schlüssel-Schloss-Modell?
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Es zeigt Passung, nicht den vollständigen Zellvorgang.
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Es verdeutlicht spezifische Bindung, aber keine echten Molekülformen, räumlichen Veränderungen oder nachgeschalteten Signalwege. Außerdem liegen manche Rezeptoren im Zellinneren.
4 · Vergleiche Nerven- und Hormonübertragung.
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Weg, Ziel und Zeitverlauf.
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Nerven leiten elektrische Erregung entlang von Axonen und übertragen häufig chemisch an Synapsen. Endokrine Hormone reisen mit dem Blut und wirken an passenden Zielzellen. Nervenantworten sind oft schnell; hormonelle Antworten oft länger, aber nicht immer langsam.
5 · Unterscheide exokrine und endokrine Funktion der Bauchspeicheldrüse.
Tipp anzeigen
Dünndarm oder Blut?
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Exokrin: Verdauungssekret über Gänge in den Dünndarm. Endokrin: Hormone aus Inselzellen ins Blut, darunter Insulin und Glukagon.
6 · Welche Zellen bilden Insulin und Glukagon?
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Beta und Alpha.
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Betazellen der Langerhans-Inseln bilden Insulin, Alphazellen bilden Glukagon.
7 · Erkläre die Reaktion nach einer kohlenhydrathaltigen Mahlzeit.
Tipp anzeigen
Vier Schritte des Regelkreises.
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Glucoseaufnahme aus dem Darm lässt den Blutzucker steigen. Betazellen geben mehr Insulin ab. Aufnahme und Speicherung werden gefördert, Leberabgabe wird gehemmt. Der Blutzucker sinkt wieder; der Insulinreiz nimmt ab.
8 · Wie wirkt der Körper einem sinkenden Blutzucker entgegen?
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Nutze Glukagon und Leber.
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Vermehrte Glukagonabgabe fördert in der Leber Glykogenabbau und Glucoseneubildung. Mehr Glucose gelangt ins Blut; das wirkt dem Abfall entgegen.
9 · Unterscheide Glucose, Glykogen und Glukagon.
Tipp anzeigen
Zucker, Speicherstoff oder Hormon?
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Glucose: Einfachzucker. Glykogen: verzweigter Speicher aus Glucosebausteinen. Glukagon: Hormon der Alphazellen, das unter anderem die Glucosebereitstellung durch die Leber fördert.
10 · Warum heißt die Rückkopplung negativ?
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Vergleiche Ausgangsänderung und Wirkung.
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Die Antwort wirkt der Ausgangsabweichung entgegen: Ein Anstieg fördert Prozesse, die wieder senken; ein Abfall fördert Prozesse, die wieder erhöhen. Negativ bedeutet nicht gesundheitsschädlich.
11 · „Insulinmangel und Insulinresistenz sind dasselbe.“ Beurteile.
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Fehlender Botenstoff oder verringerte Antwort?
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Nein. Bei Insulinmangel steht zu wenig Hormon bereit. Bei Insulinresistenz reagieren Zielgewebe vermindert. Bei Typ 2 kann im Verlauf zusätzlich eine unzureichende Insulinproduktion entstehen.
12 · Warum ist „Hormone wirken immer langsam“ falsch?
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Denke an Stress.
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Einige hormonelle Wirkungen treten rasch ein. Adrenalin aus dem Nebennierenmark unterstützt beispielsweise eine schnelle Stressreaktion. Nerven- und Hormonsystem wirken dabei zusammen.
13 · Werte die Modellreihe 100 → 145 → 120 → 100 aus. Trenne Beobachtung und Erklärung.
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Beschreibe zuerst die Werte; nenne erst danach die beteiligten Vorgänge.
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Beobachtung: Der Wert steigt zunächst an und kehrt bis 120 min zum Ausgangswert zurück. Erklärung: Zunächst gelangt Glucose aus dem Darm ins Blut. Insulin fördert Aufnahme und Speicherung und hemmt die Glucoseabgabe der Leber. Mit sinkender Glucosekonzentration nimmt der Reiz zur verstärkten Insulinabgabe ab. Die Werte allein messen keine Insulinmenge.
14 · Warum kann Glukagon zwischen Mahlzeiten den Blutzucker erhöhen, ohne dass neue Nahrung aufgenommen wird?
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Unterscheide gespeicherte Glucosebausteine und die Neubildung von Glucose.
Lösung anzeigen
Glukagon fördert in der Leber den Abbau von Glykogen und die Glucoseneubildung. Die Leber gibt Glucose ins Blut ab. Es wird also vorhandenes Material mobilisiert beziehungsweise umgebaut; das Hormon selbst wird nicht zu Zucker.
