Hormone koordinieren die Stoffwechselaktivität in verschiedenen Geweben und stellen sicher, dass das Energieangebot die Nachfrage deckt. Die wichtigsten Stoffwechselhormone wirken über spezifische Rezeptoren und Signalwege, um die Enzymaktivität, Genexpression und den Substrattransport gewebespezifisch zu regulieren.

Insulin

Insulin ist das primäre anabole Hormon, das von den Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse als Reaktion auf erhöhte Blutzucker- und Aminosäurespiegel ausgeschüttet wird und eine zentrale Rolle bei der Glucosehomöostase spielt. Es fördert die Speicherung von Brennstoffen, indem es die Glucoseaufnahme in Muskel- und Fettgewebe, die Glykogensynthese in Leber und Muskel, die Lipogenese im Fettgewebe und in der Leber sowie die Proteinsynthese im Muskel stimuliert. Insulin hemmt die Glykogenolyse, die Gluconeogenese und die Lipolyse. Der Insulinrezeptor ist eine Rezeptor-Tyrosinkinase, die IRS-Proteine aktiviert und zu PI3K-AKT- und MAPK-Signalkaskaden führt. AKT phosphoryliert FOXO-Transkriptionsfaktoren, schließt sie aus dem Zellkern aus und unterdrückt die Expression gluconeogener Gene und fördert auch die GLUT4-Translokation zur Plasmamembran.

Glucagon

Glucagon ist das primäre katabole Hormon, das von den Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse ausgeschüttet wird, wenn der Blutzucker sinkt. Es wirkt hauptsächlich auf die Leber, um die Glykogenolyse und Gluconeogenese zu stimulieren und den Blutzucker zu erhöhen. Glucagon aktiviert auch die Lipolyse im Fettgewebe und die Ketogenese in der Leber während verlängerten Fastens. Der Glucagonrezeptor ist ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor, der die Adenylatcyclase aktiviert, den cAMP-Spiegel erhöht und die Proteinkinase A aktiviert. PKA phosphoryliert und aktiviert die Glykogenphosphorylase, während sie die Glykogensynthase hemmt, wodurch die Leber von der Glucosespeicherung zur Glucoseproduktion umschaltet.

Adrenalin und Noradrenalin

Katecholamine, die aus dem Nebennierenmark und sympathischen Nervenendigungen freigesetzt werden, ermöglichen schnelle Stoffwechselreaktionen auf Stress, körperliche Betätigung und Hypoglykämie. Adrenalin wirkt über Beta-adrenerge Rezeptoren, um cAMP zu erhöhen, die Glykogenolyse sowohl in der Leber als auch im Muskel zu stimulieren, Fettsäuren aus dem Fettgewebe zu mobilisieren und die Herzfrequenz sowie den Stoffwechselumsatz zu steigern. Im Gegensatz zu Glucagon, das nur auf die Leber wirkt, mobilisiert Adrenalin Glucose sowohl aus der hepatischen Glykogenolyse als auch aus der Muskelglykogenolyse, wobei die Muskelglucose lokal verbraucht und nicht in den Kreislauf freigesetzt wird.

Cortisol

Cortisol ist ein Glucocorticoid-Hormon, das aus der Nebennierenrinde als Reaktion auf Stress und niedrigen Blutzucker freigesetzt wird, reguliert durch die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse. Cortisol entfaltet permissive und direkte Wirkungen auf den Stoffwechsel. Es stimuliert die Gluconeogenese in der Leber durch Induktion der Expression von Schlüsselenzymen wie PEP-Carboxykinase und Glucose-6-Phosphatase. Es fördert den Proteinkatabolismus im Muskel und stellt Aminosäuren für die Gluconeogenese bereit und stimuliert die Lipolyse im Fettgewebe. Cortisol antagonisiert auch die Insulinwirkung und trägt bei chronischer Erhöhung zur Insulinresistenz bei. Seine Wirkungen entwickeln sich langsamer als die von Insulin und Glucagon, da sie Veränderungen der Genexpression beinhalten.

Wachstumshormon

Wachstumshormon wird vom Hypophysenvorderlappen ausgeschüttet und hat komplexe Stoffwechselwirkungen. Es stimuliert die Proteinsynthese und das Muskelwachstum, fördert aber während des Fastens die Lipolyse und die Fettsäureverwertung, während es die Insulin-vermittelte Glucoseaufnahme antagonisiert. Wachstumshormon stimuliert die Leber zur Produktion des insulinähnlichen Wachstumsfaktors 1, der viele seiner wachstumsfördernden Wirkungen vermittelt. Die Stoffwechselwirkungen des Wachstumshormons werden über JAK-STAT-Signalwege vermittelt, wobei STAT5 die Transkription von Zielgenen reguliert.

Schilddrüsenhormone

Schilddrüsenhormone, Thyroxin und Triiodthyronin, regulieren die basale Stoffwechselrate durch Kontrolle der Expression von Genen, die am Energiestoffwechsel beteiligt sind. T3 erhöht den Sauerstoffverbrauch und die Wärmeproduktion in den meisten Geweben durch Induktion von Entkopplerproteinen und Stimulierung der Na+/K+-ATPase-Aktivität. Schilddrüsenhormone fördern auch den Kohlenhydrat- und Lipidstoffwechsel, indem sie die Rate der Glucoseabsorption, der Glykolyse, der Gluconeogenese und der Lipolyse erhöhen. Hyperthyreose verursacht Gewichtsverlust und erhöhte Stoffwechselrate, während Hypothyreose Gewichtszunahme und Lethargie verursacht.

Leptin und Adipokine

Leptin wird vom Fettgewebe proportional zur Fettmasse ausgeschüttet und signalisiert dem Hypothalamus ausreichende Energiereserven. Es unterdrückt den Appetit und erhöht den Energieverbrauch durch Aktivierung von Melanocortin-Signalwegen. Leptin reguliert auch den peripheren Stoffwechsel durch Verbesserung der Insulinsensitivität und Förderung der Fettsäureoxidation. Adiponektin, ein weiteres Adipokin, verbessert die Insulinsensitivität und die Fettsäureoxidation. Leptinmangel oder -resistenz tragen zu Fettleibigkeit und metabolischem Syndrom bei.