Thyroxin ist das bekannteste Hormon der Schilddrüse. Gebildet wird es in den Epithelzellen der Schilddrüsen-Follikel sowie im Hohlraum der Follikel selbst.
Unten links auf dem Bild sieht man mehrere Schilddrüsen-Follikel, einer davon ist mit (1) bezeichnet. Umgeben ist er von Thyreocyten (Follikel-Epithelzellen, 2) - die Zellkerne sind blau angefärbt und daher leicht zu sehen. Im Innern des Follikels befindet sich eine kolloidartige Substanz, kurz als Kolloid bezeichnet. Der Pfeil in der Abbildung zeigt auf eine C-Zelle. C-Zellen sind für die Bildung von Calcitonin zuständig.
Das folgende Schema zeigt die Synthese des Hormons Thyroxin im Überblick:
Synthese von T3 und T4
Mikael Häggström. When using this image in external works, it may be cited as:Häggström, Mikael (2014). "Medical gallery of Mikael Häggström 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.008. ISSN 2002-4436. Public Domain.orBy Mikael Häggström, used with permission., CC0, via Wikimedia Commons. Ziffern ergänzt durch Ulrich Helmich 12/2023.
Dieses Public-domain-Bild aus der engl. Wikipedia zeigt sehr schön, wie die beiden Thyroxin-Formen T3 und T4 in den Epithelzellen der Schilddrüsen-Follikel synthetisiert werden.
Eine genaue Beschreibung dieses Bildes findet sich auf der Hauptseite zum Hormon Thyroxin.
Auf dieser Vertiefungsseite wollen wir uns mit den Vorgängen im Follikel-Lumen beschäftigen, also mit den Schritten 3, 6 und 7.
Die Syntheseschritte
Thyreoperoxidase
Der Einbau des ersten Iod-Atoms
Autor: Ulrich Helmich 12/2023, Lizenz: siehe Seitenende
Auf diesem Bild sehen wir einen Ausschnitt aus dem Thyreoglobulin, dem Protein, das in den Epithelzellen der Schilddrüsen-Follikel produziert und dann über Exocytose in das Lumen der Follikel ausgeschieden wird (Schritte 4 und 5 in der Abbildung 1). Gezeigt sind zwei Tyrosin-Reste des Proteins, die recht eng beieinander liegen.
Das Enzym Thyreoperoxidase katalysiert den ersten Schritt der eigentlichen Thyroxin-Synthese. Bei diesem Enzym handelt es sich um ein Transmembranprotein in der apikalen Zellmembran der Epithelzellen [1].
Die dargestellte Reaktion besteht eigentlich aus zwei Schritten: Zunächst wird Iodid zu Iod oxidiert, und in einer elektrophilen Substitution ersetzt ein Iod-Atom dann ein Wasserstoff-Atom des Tyrosin-Benzolringes [1,2].
Der Einbau des zweiten Iod-Atoms
Autor: Ulrich Helmich 12/2023, Lizenz: siehe Seitenende
Der eben beschriebene Schritt wird von der Thyreoperoxidase ein zweites Mal durchgeführt, und es entsteht das 3,5-Diiod-Tyrosin.
Das Wasserstoffperoxid H2O2, das bei der Reaktion eine wichtige Rolle als Oxidationsmittel spielt, aktiviert gleichzeitig auch das Enzym Thyreoperoxidase [2].
Bildung der Thyroxylgruppe
Die Bildung des gebundenen Thyroxins
Autor: Ulrich Helmich 12/2023, Lizenz: siehe Seitenende
Nun kommt ein sehr interessanter Schritt. Leider fand sich in der Fachliteratur und im Internet kein Hinweis auf das zuständige Enzym für diese Reaktion. Von dem "unteren" 3,5-Diiod-Tyrosin wird der Benzolring mit der OH-Gruppe und den beiden Iod-Atomen auf den "oberen" Benzolring übertragen, die beiden Benzolringe sind dann über eine Etherbrücke -O- miteinander verbunden. Durch die "Wegnahme" des Benzolringes verbleibt an der "unteren" Position nur noch eine Alanin-Seitengruppe.
Bildung von Triiodthyronin
Die Deiodierung führt zum biologisch aktiven Thyroxin
Autor: Ulrich Helmich 12/2023, Lizenz: siehe Seitenende
Der genaue Mechanismus der Deiodierung der gebundenen Thyroxin-Reste ist noch nicht vollständig aufgeklärt. Klar ist aber, dass das Enzym Deiodase nur in Anwesenheit des Spurenelementes Selen arbeiten kann. Ein Selenmangel kann somit zu einem Mangel an biologisch aktivem Thyroxin führen.
In dem wissenschaftlichen Artikel "Type 1 iodothyronine deiodinase in human physiology and disease" , der im Journal of Endocrinology 2011 erschienen ist und kostenlos heruntergeladen werden kann, wird der Mechanismus dieser Reaktion ermüdend genau erläutert.
Freisetzung von T4 und T3
Als T4 wird das Thyroxin bezeichnet und als T3 das biologisch wesentlich aktivere Triiodthyronin. Das T3 bindet deutlich fester an die Rezeptoren des Schilddrüsenhormons als T4 [2].
Die Freisetzung (Schritte 8 bis 10 in Abbildung 1) wird durch das Schilddrüsen stimulierende Hormon Thyreotropin (TSH) eingeleitet. Dieses Hormon bewirkt dann die eben beschriebenen vier Reaktionsschritte sowie die Aufnahme des vierfach oder dreifach iodierten Thyreoglobulins in die Epidermiszellen, die Abspaltung des eigentlichen Hormons T3 und T4 und dessen Freisetzung in den Blutstrom [2].
Quellen:
- Wikipedia, Artikel "Thyreoperoxidase"
- Kleine, Rossmanith, Hormone und Hormonsystem, 3. Auflage, Springer Spektrum 2014
- Wikipedia, Artikel "Deiodase"