Capitolo 21
Il sistema endocrino
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I messaggeri chimici
21.1 I messaggeri chimici coordinano le diverse
funzioni dell’organismo
• Gli animali regolano le proprie attività per mezzo di
messaggeri chimici.
• Un ormone è una molecola segnale che viene
secreta nel sistema circolatorio (di solito nel sangue)
e trasmette messaggi di regolazione al corpo.
• Le molecole viaggiano nel sangue fino a raggiungere
le cellule bersaglio.
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Gli ormoni sono secreti dalle ghiandole endocrine e
dalle cellule neurosecretrici.
Vescicole
secretrici
Vaso
sanguigno
Cellula
Cellula
neurosecretrice
bersaglio
Cellula
endocrina
Molecole
ormonali
Figura 21.1A, B
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Molecole
ormonali
Vaso
sanguigno
Cellula
bersaglio
• L’insieme delle cellule che secernono gli ormoni
costituisce il sistema endocrino, il principale sistema
di regolazione chimica dell’organismo.
• Il sistema endocrino spesso collabora con l’altro
principale sistema di coordinazione del corpo, il
sistema nervoso.
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Un numero ridotto di composti chimici si comporta da
ormone nel sistema endocrino e da messaggero chimico
nel sistema nervoso.
Cellula nervosa
Impulsi nervosi
Neurotrasmettitori
Cellula nervosa
Figura 21.1C
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21.2 Gli ormoni agiscono sulle cellule bersaglio
mediante due principali meccanismi di
Ormone
trasmissione del segnale
Recettore
idrosolubile
(glucagone)
Gli ormoni idrosolubili si
legano a recettori proteici di
membrana della cellula
bersaglio.
Cellule
bersaglio
1
proteico
2
Membrana
plasmatica
Sequenza di
trasduzione
del segnale
Molecole
relè
3
Glicogeno
Glucosio
Risposta cellulare:
in questo esempio, la demolizione del glicogeno
Figura 21.2A
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• Gli ormoni liposolubili si
legano ai recettori che si
trovano all’interno della
cellula.
• Gli ormoni steroidei, per
esempio gli ormoni sessuali
testosterone ed estrogeni,
sono molecole piccole e
apolari che possono
diffondere attraverso la
membrana fosfolipidica delle
cellule.
Figura 21.2B
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Ormone
liposolubile
(testosterone)
Cellula bersaglio
Nucleo
1
2
3
Recettore
proteico
Complesso
ormonerecettore
DNA
4
Trascrizione
mRNA
Nuova
proteina
Risposta cellulare:
attivazione di un gene e nuove proteine
Il sistema endocrino umano
21.3 Una visione d’insieme sul sistema endocrino
dei vertebrati
Il sistema endocrino dei vertebrati comprende più di una
dozzina di ghiandole che secernono più di 50 ormoni.
Ipotalamo
Ghiandola pineale
Ipofisi
Tiroide
Paratiroidi
Timo
Ghiandole
surrenali
Pancreas
Ovaia
(nella
femmina)
Figura 21.3
Testicolo
(nel maschio)
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• Alcune sono solo ghiandole endocrine, poiché
hanno come unica e principale funzione quella di
secernere ormoni nel sangue.
• Diverse altre ghiandole, invece, hanno funzioni sia
endocrine, sia esocrine, cioè secernono sia
sostanze che riversano all’esterno del corpo, sia
sostanze che riversano in cavità comunicanti con
l’esterno.
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• Molti ormoni hanno un’ampia gamma di cellule
bersaglio.
• Altri ormoni, invece, esercitano la loro azione solo
su pochi tipi di cellule bersaglio.
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21.4 L’ipotalamo è strettamente connesso all’ipofisi e
collega tra loro i sistemi nervoso ed endocrino
L’ipotalamo è il principale centro di controllo del sistema
endocrino e utilizza l’ipofisi per comunicare con altre
ghiandole.
Encefalo
Ipotalamo
Neuroipofisi
Adenoipofisi
Tessuto osseo
Figura 21.4A
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• L’ipotalamo controlla il lobo anteriore dell’ipofisi
(adenoipofisi) secernendo due tipi di ormoni nei
brevi vasi sanguigni che collegano i due organi:
–
gli ormoni di rilascio stimolano la
secrezione di ormoni da parte
dell’adenoipofisi;
–
gli ormoni di inibizione la bloccano.
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Le cellule neurosecretrici del
lobo posteriore dell’ipofisi
(neuroipofisi) sintetizzano
l’ossitocina e l’ormone
antidiuretico (ADH).
Ipotalamo
Ormone
Cellula
neurosecretrice
Neuroipofisi
Vaso sanguigno
Figura 21.4B
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Adenoipofisi
Ossitocina
Ossitocina
ADH
Muscolatura uterina
ghiandole mammarie
Tubuli renali
Il lobo anteriore dell’ipofisi (adenoipofisi) secerne l’ormone
tireotropo (TSH), l’ormone adenocorticotropo (ACTH),
l’ormone follicolostimolante (FSH), l’ormone luteinizzante
(LH), l’ormone della crescita (GH), la prolattina (PRL) e le
endorfine.
Cellula neurosecretrice
Vaso
sanguigno
Ormoni di rilascio
dell’ipotalamo
Cellule endocrine dell’adenoipofisi
Ormoni
TSH
Figura 21.4C
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ACTH
FSH
e
LH
Somato- Prolattina
tropina
(PRL)
(GH)
Endorfine
Tiroide Corticale Testicoli L’intero Ghiandole
Recettori encefalici
surrenale e ovaie corpo mammarie
del dolore
(nei mammiferi)
La secrezione della tiroxina da parte della tiroide è
controllata da meccanismi a feedback negativo.
Ipotalamo
Inibizione
TRH
Adenoipofisi
Inibizione
TSH
Tiroide
Figura 21.4D
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Tiroxina
Ormoni e omeostasi
21.5 La tiroide regola lo sviluppo e il metabolismo
La tiroide produce due ormoni amminici molto simili
tra loro, entrambi contenenti iodio:
• la tiroxina, spesso chiamata T4 perché la sua
molecole contiene quattro atomi di iodio.
• la triiodiotironina, detta anche T3 perché contiene
tre atomi di iodio.
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La presenza nel sangue di quantità eccessive o ridotte di
degli ormoni tiroidei può determinare gravi malattie
metaboliche.
Figura 21.5A – Una forma di ipertiroidismo
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La mancanza degli ormoni T3 e T4 provoca l’interruzione
di uno dei meccanismi a feedback che controllano
l’attività tiroidea.
Nessuna inibizione
Ipotalamo
TRH
Nessuna inibizione
Adenoipofisi
TSH
Assenza di iodio
Tiroide
La tiroide si ingrossa e forma il gozzo
Figura 21.5B
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Insufficiente
produzione
di T4 e T3
21.6 Gli ormoni prodotti dalla tiroide e dalle
paratiroidi regolano l’omeostasi del calcio
• La concentrazione ematica del calcio è regolata da
due ormoni peptidici: la calcitonina, prodotta dalla
tiroide, e l’ormone paratiroideo (PTH), sintetizzato
dalle paratiroidi.
• Questi due ormoni sono detti ormoni antagonisti
perché producono effetti opposti tra loro: la
calcitonina fa abbassare la calcemia, mentre il PTH
la fa aumentare.
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Calcitonina
La ghiandola
tiroide
libera
calcitonina
Regolazione
della
concentrazione
del calcio nel
sangue
Stimola il
deposito di ioni
Ca2+ nelle ossa
Riduce
l’assorbimento
di ioni Ca2+ nei reni
Diminuiscono gli ioni Ca2+ nel sangue
Stimolo:
l’aumento
del livello
ematico
di ioni Ca2+
Omeostasi: normale livello ematico del calcio
(circa 10 mg/100ml)
Stimolo: la
diminuzione
del livello
ematico di
ioni Ca2+
Aumentano gli ioni Ca2+ nel sangue
Vitamina D
attiva
Le ghiandole
paratiroidi rilasciano
l’ormone paratiroideo
(PTH)
Stimola il rilascio
di ioni Ca2+
dalle ossa
Figura 21.6
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Aumenta
l’assorbimento
di ioni Ca2+nei reni
Aumenta
l’assorbimento
di ioni Ca2+
da parte
dell’intestino
Ghiandola
paratiroide
PTH
21.7 Il pancreas regola il livello di glucosio nel
sangue
Il pancreas è formato da gruppi di cellule endocrine
che formano le cosiddette isole di Langerhans, le
quali producono due ormoni che giocano un ruolo
primario nella regolazione del rifornimento
energetico diretto alle cellule:
• l’insulina, sintetizzata dalle cellule beta;
• Il glucagone, prodotto dalle cellule alfa.
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• L’insulina fa sì che le cellule prelevino più glucosio dal
sangue e stimola il metabolismo cellulare del
glucosio.
• Il glucagone rende disponibili le molecole
energetiche, inducendo le cellule del fegato a
demolire il glicogeno in glucosio, che viene poi
rilasciato nel sangue.
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Regolazione della
Insulina
concentrazione del
glucosio nel
Le cellule
beta del pancreas
sangue
sono stimolate a liberare
insulina nel sangue
Il fegato
preleva
glucosio dal sangue
e lo immagazzina
sotto forma di glicogeno
Alto livello
ematico di
glucosio
Stimolo:
il livello ematico di
glucosio aumenta
(per esempio, dopo
aver mangiato un
pasto ricco di
carboidrati)
Le cellule
del corpo
assorbono
più glucosio
Omeostasi: normale livello ematico di glucosio
(circa 90 mg/100ml)
Si ristabilisce il corretto
livello di glucosio ematico:
diminuisce lo stimolo
per la liberazione di glucagone
Figura 21.7
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Il fegato
demolisce
il glicogeno e libera
glucosio nel sangue
Il livello ematico del glucosio
cala fino a un punto critico:
diminuisce lo stimolo per
la liberazione di insulina
Stimolo:
Il livello ematico
di glucosio cala
(per esempio, saltando
un pasto)
Le cellule alfa
del pancreas
sono stimolate a
liberare glucagone
nel sangue
Glucagone
COLLEGAMENTI
21.8 Il diabete è una malattia endocrina piuttosto
comune
• Il diabete mellito è una grave malattia ormonale che
colpisce circa il 5% della popolazione occidentale.
• Si manifesta
– quando non vi è sufficiente quantità di insulina
nel sangue (diabete di tipo I o insulinodipendente);
– oppure quando le cellule non sono in grado di
rispondere all’insulina (diabete di tipo II o
insulino-indipendente).
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21.9 Le gonadi secernono gli ormoni sessuali
• Gli ormoni sessuali sono ormoni steroidei che
regolano la crescita e lo sviluppo dell’individuo
nonché i cicli riproduttivi e il comportamento
sessuale.
• Gli estrogeni, i progestinici e gli androgeni sono
prodotti dalle gonadi e la loro sintesi è regolata
dall’ipotalamo e dal lobo anteriore dell’ipofisi.
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• Gli estrogeni regolano il funzionamento del sistema
riproduttore femminile e lo sviluppo di determinati
caratteri femminili.
• I progestinici sono coinvolti soprattutto nella
preparazione dell’utero per garantire all’embrione
condizioni di sviluppo adeguate.
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Gli androgeni stimolano lo sviluppo e il mantenimento
del sistema riproduttore maschile.
Figura 21.9
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21.10 Le ghiandole surrenali attivano la risposta
corporea allo stress
• Le ghiandole surrenali sono composte da due
regioni: la midollare, più interna, e la corticale, più
esterna.
• La midollare surrenale produce ormoni che
assicurano una risposta rapida e immediata a
situazioni di stress.
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• Le cellule dell’ipotalamo attivate da situazioni di
stress, mandano a loro volta impulsi a cellule
nervose del midollo spinale che si estendono fino
alla midollare surrenale, la quale di conseguenza
rilascia nel sangue adrenalina e noradrenalina.
• Questi due ormoni inducono le cellule del fegato a
liberare glucosio, aumentandone così la
disponibilità per il lavoro cellulare.
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• L’ACTH, prodotta dall’adenoipofisi, induce la
produzione di una famiglia di ormoni steroidei, detti
corticosteroidi, da parte della corticale surrenale.
• Nell’organismo umano, i due tipi principali di
corticosteroidi sono i mineralcorticoidi e i
glicocorticoidi.
• I mineralcorticoidi agiscono principalmente
sull’equilibrio idro-salino.
• I glicocorticoidi agiscono soprattutto rendendo
disponibile il glucosio per le cellule.
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Controllo delle risposte allo stress da parte degli ormoni
prodotti dalle ghiandole surrenali.
Stress
Midollare
surrenale
Ghiandola
surrenale
Corticale
surrenale
Rene
Impulsi
nervosi
Ipotalamo
Ormone di rilascio
Adenoipofisi
Cellula
nervosa
Midollo spinale
(sezione trasversale)
Vaso sanguigno
Cellula
nervosa
Midollare
surrenale
Adrenalina e
noradrenalina
Risposta a breve termine allo stress
Figura 21.10
1. Demolizione del glicogeno; aumento del
glucosio ematico
2. Aumento della pressione sanguigna
3. Aumento del ritmo respiratorio
4. Aumento del tasso metabolico
5. Modificazioni del flusso sanguigno, con
conseguente aumento dello stato di
attenzione e diminuzione dell’attività digestiva
e renale
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ACTH
Corticale surrenale
ACTH
Mineralcorticoidi
Glicocorticoidi
Risposta a lungo termine allo stress
Mineralcorticoidi
1. Ritenzione di ioni
sodio e di acqua a
livello renale
2. Aumento del
volume del sangue e
della pressione
sanguigna
Glicocorticoidi
1. Demolizione delle
proteine e dei grassi e
loro trasformazione in
glucosio con
conseguente aumento
del glucosio ematico
2. Possibile depressione
del sistema immunitario