Der Effekt eines Hormons / Wirkstoffs hängt u.a. von seiner Konzentration am Wirkort ("Dosis") ab. Das läßt sich mittels einer Dosis-Wirkungs-Kurve quantifizieren; sie kennzeichnet auch die Bindungskinetik zwischen Hormon und Rezeptor. Man erkennt eine maximale Wirkung (Emax) und die Hormondosis, welche 50% von Emax (halbmaximale Wirksamkeit) hervorruft. Die Affinität sagt aus, wie gut ein Stoff an einen bestimmten Rezeptor bindet (das kann für ein Hormon, aber auch seinen Antagonisten gelten); die Effizienz quantifiziert den biologischen Effekt (z.B. Signaltransduktion → zelluläre Antwort). Hormonrezeptoren in der Zellmembran werden oft nach ihrer Bindung internalisiert (endozytiert) und gehen dadurch der Signalwirkung ihres Hormons verloren: Die Zelle adaptiert, sie verliert ihre Empfindlichkeit (receptor downregulation): Die Zelle wird dem Hormon gegenüber (vorübergehend) refraktär - ganz oder teilweise. Hormone haben sehr unterschiedliche biologische Halbwertszeiten: Einige werden innerhalb weniger Minuten weitgehend aus dem Kreislauf entfernt (z.B. Angiotensin, Adrenalin); bei einigen braucht es bis zu einer halben Stunde, bis eine sezernierte Menge im Blut halbiert ist (z.B. Aldosteron, Prolaktin); wieder andere verbleiben für mehrere Stunden (einige Vorderlappenhormone); Schilddrüsenhormone sind so stark proteingebunden, dass ihre Halbwertszeit 1-7 Tage beträgt. |
Agonisten sind Substanzen, die durch Bindung an Rezeptoren die zelluläre Signaltransduktion aktivieren. Antagonisten hemmen den betreffenden Agonisten in seiner Wirkung am Rezeptor. |
Biologische Halbwertszeiten im Kreislauf Richtwerte nach verschiedenen Quellen kompiliert |
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< 10 min |
< 1 h |
Stunden / Tage |
Adrenalin <3 min |
Calcitonin Renin Testosteron ~10-20 min |
Cortisol Östrogene ~60-90 min |
Glucagon Insulin Liberine Oxytozin Parathormon Statine Vasopressin ~5 min |
Aldosteron Angiotensin II Progesteron Prolaktin Wachstumshormon ~20 (10-60) min |
hCG ~500 min |
ACTH FSH LH ~3-10 min |
Thyreotropin ~50 min |
T3 ~1 Tag T4 ~7 Tage |
Antagonisten konkurrieren mit Agonisten
um spezifische Bindungsstellen an Rezeptoren, an denen letztere eine
Konformationsänderung bewirken. Je höher die Konzentration des
Antagonisten, desto schwerer ist eine Wirkung durch den Agonisten zu
erzielen (kompetitive Hemmung). Stoffe, die an den Rezeptor binden,
ohne wirksam zu werden, hemmen den betreffenden Agonisten in seiner
Wirkung am Rezeptor. Die Dosis-Wirkungs-Kurve beschreibt die Beziehung zwischen Dosis und Effekt. Bei einer Responder-Fraktion von 0 ist die Dosis unterschwellig / wirkungslos; bei einer Fraktion von 1 reagieren alle Probenden (100%) Dosis-Wirkungs-Kurven quantifizieren die Bindungskinetik (Wirkstoff - Rezeptor). Man bestimmt die maximale Wirkung (Emax) und die Dosis des Wirkstoffs, welche genau die Hälfte davon hervorruft (EC50, ED50 - C = concentration, D = dose). Das ermöglicht den Vergleich der Wirksamkeit unterschiedlicher Agenzien. Affinität gibt das Maß der Bindung an den Rezeptor an, Effizienz den biologischen Effekt (Signaltransduktion → zelluläre Antwort). Ein Antagonist kann gute Affinität aufweisen, ohne Effizienz zu haben (z.B. Rezeptorblocker). Einige Rezeptoren weisen auch ohne Bindung eines Liganden Wirkung auf (Rezeptoren für Cannabinoide, Serotonin, einige andere Mediatoren), sie sind sozusagen spontanaktiv ("konstitutiv aktiv") Bindet der Agonist nur wenige (z.B. ~1-10%) der vorhandenen Rezeptoren, kann das manchmal bereits eine volle biologische Wirkung erzielen, wie z.B. bei G-Protein-gekoppelten Neurotransmittern und Hormonen (die nicht an der Kopplung beteiligten Rezeptoren werden als Rezeptorreserve bezeichnet). Variationen der Rezeptorreserve verändern die Empfindlichkeit der Zelle gegenüber dem betreffenden Signalstoff. Wird die Zahl der Rezeptoren reduziert (herunterreguliert), sinkt die Hormonbindungskapazität und damit -wirkung. Zellen können auf diese Weise gegenüber Hormonen für einige Zeit refraktär werden. Das kann durch rasche Aufnahme des Transmitters durch angrenzende Zellen verhindert werden, wie z.B. bei der Aufnahme von GABA durch Gliazellen im Kleinhirn Bioverfügbarkeit quantifiziert den Anteil eines Stoffes, der tatsächlich wirksam ist. Sie hängt von zahlreichen Faktoren ab (zirkadiane Einflüsse, Verteilung, Interaktion mit anderen Substanzen, Biotransformation, Abbau und Ausscheidung). Eine Kenngröße ist die biologische Halbwertszeit. Hydrophile Signalstoffe (Peptide, Aminosäurenderivate, Prostaglandine) sind gut im Blutplasma löslich und benötigen kaum Transportproteine, ihre Konzentration im Blutplasma ist niedrig, sie gelangen leicht an die Zellen im Gewebe, binden an Membranrezeptoren und lösen rasche intrazelluläre Folgereaktionen aus. Teils werden sie rezeptorgebunden wiederaufgenommen, teils systemisch abgebaut: kurze Halbwertszeit. Lipophile Signalstoffe benötigen Transportmoleküle, haben längere Halbwertszeiten, diffundieren durch die Zellmembran, binden an intrazelluläre Rezeptoren und beinflussen die Expression von Zielgenen; ihr Effekt setzt zeitverzögert ein |