LICEO SCIENTIFICO STATALE
“A. Meucci” di Aprilia
Dipartimento di Scienze
Prof. Neri Rolando
SISTEMA ENDOCRINO
Parte prima
SISTEMA ENDOCRINO
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L’INFORMAZIONE METABOLICA
L'informazione metabolica è contenuta nella qualità e nella concentrazione di molecole
grandi e piccole che prendono parte ai processi chimici per cui le cellule si riproducono, si
sviluppano e si mantengono in vita.
Al contrario della comunicazione dell'informazione genetica la cui utilità interessa periodi
di tempo che sono lunghi rispetto alla vita dei componenti le popolazioni, la comunicazione
dell’informazione metabolica è importante per le società cellulari organizzate per periodi di
tempo molto più brevi.
In questo caso, il meccanismo di comunicazione consiste generalmente nel rilascio, da
parte di una cellula secretrice, di una molecola che le appartiene. La molecola liberata
diffonde nello spazio occupato dalle altre cellule e incontrando una cellula bersaglio agisce
in un modo altamente specifico sul suo metabolismo. Queste molecole che sono i
messaggeri dell’informazione metabolica sono chiamate generalmente ormoni.
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L’INFORMAZIONE METABOLICA
La funzione biologica della comunicazione metabolica è essenzialmente duplice.
Nel primo caso gli ormoni controllano I'ordinato sviluppo di animali e piante
multicellulari. Questi organismi sono delle società costituite da milioni o miliardi di cellule
che originano da una serie di cicli successivi di nascita e divisione cellulare a partire da una
coppia di gameti che si sono fusi, come per esempio l'uovo fecondato dallo spermatozoo.
Questo processo di moltiplicazione cellulare è accompagnato dalla differenziazione
cellulare, in cui ogni cellula acquisisce le particolari caratteristiche molecolari che la
mettono in grado di svolgere il ruolo specializzato al quale era destinata nella vita
dell'organismo. In molti casi le cellule ricevono dagli ormoni le istruzioni sui modi e i tempi
del differenziamento nella sequenza dello sviluppo che conduce all'organismo adulto.
Nel secondo caso gli ormoni agiscono nei processi omeostatici mediante i quali tutti gli
organismi minimizzano, per quanto riguarda il loro ambiente interno, la conseguenza dei
cambiamenti nell'ambiente esterno.
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COMUNICAZIONE INTER-CELLULARE
Ogni cellula necessita di una serie di segnali provenienti dall’esterno
– Sopravvivenza
– Divisione
– Differenziamento
– Apoptosi
• Morte cellulare programmata
• Processo attivo che richiede ATP
• Può essere attivata anche da mancanza di segnali.
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SEQUENZA DI EVENTI
1.
2.
3.
4.
Riconoscimento
• Dello stimolo sulla superficie esterna della membrana plasmatica
Trasferimento
• Dell’informazione attraverso la membrana plasmatica
Trasmissione
• Del segnale a molecole specifiche che lo interpretano e lo trasducono
Cessazione
• Della risposta in seguito all’eliminazione delle molecole segnale.
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SEQUENZA
DI EVENTI
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LIGANDI E RECETTORI
Recettori
• Proteine che ricevono il segnale
• Sia sulla superficie cellulare sia all’interno della cellula
Ligandi
• Molecole segnale che legano il recettore
Segnali
• Secreti all’esterno della cellula
• Esposti sulla superficie cellulare.
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CASCATA DI SEGNALI
Una volta che la cascata di segnali è attivata
• Il segnale viene trasferito all’appropriato comparto cellulare
• Trasdotto in forma riconoscibile
• Amplificato
•Distribuito a più di un bersaglio intra-cellulare
• Modulato, se necessario.
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AMPLIFICAZIONE
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Ligando
Recettore
CASCATA DI
SEGNALI
Modulazione
Amplificazione
Divergenza
Regolazione del
metabolismo
Regolazione
dell’espressione
genica
Riorganizzazione
del citoscheletro
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TIPI DI SEGNALI
Segnali Autocrini
• Si legano ai recettori presenti sulla cellula che li secerne
Segnali Paracrini
• Si legano e stimolano recettori presenti su cellule adiacenti
Segnali Endocrini
• Le cellule producono molecole segnale che vengono secrete nel sangue
• Stimolano cellule lontane
– Ad esempio: Le ovaie nelle femmine e i testicoli nei maschi sono
stimolati dagli ormoni prodotti dal cervello
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TIPI DI SEGNALI
Segnali sinaptici
• Simili ai paracrini ma vi è una struttura specializzata
• Sinapsi
- Fra la cellula che origina il segnale e la cellula che lo riceve
• Avvengono solo fra cellule con la sinapsi
- Neurone e il muscolo controllato dall'attività neuronale
Segnali per contatto cellulare
• Avvengono fra cellule che devono avere membrane plasmatiche adiacenti
• Le cellule sono influenzate dal loro ambiente più prossimo e dalle molecole
segnale provenienti da altre cellule
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SEGNALI AUTOCRINI
La stessa cellula li produce e ne è bersaglio
Ad esempio: Cellule del sistema immunitario
– Anticorpi estranei e fattori di crescita
• Innescano il differenziamento e/o la proliferazione
Una sregolata produzione di segnali autocrini può portare allo sviluppo di tumori
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SEGNALI PARACRINI
Molecole segnale che agiscono localmente
Regolano il comportamento delle cellule vicine
Durante i fenomeni di infiammazione e cicatrizzazione, ma anche nel pancreas
• Glucagone e somatostatina agiscono sulle cellule secernenti insulina
Cellula
Segnalatrice
Cellule
bersaglio
Mediatore
locale
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SEGNALI ENDOCRINI
È sempre coinvolto un ormone
• Secreto da una cellula endocrina
• Trasportato dal sistema circolatorio
Agisce su cellule bersaglio distanti
Cellula Endocrina
Recettore
Ormone
Flusso sanguigno
Cellula bersaglio
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SEGNALI NEURONALI
Neurotrasmettitore
Tipo specifico di segnale paracrino
• Sinapsi nervo-cellula
Sinapsi
Neurone
Assone
Soma
Neurotrasmettitore
Cellula
bersaglio
Neuroendocrino
Tipo specifico di segnale endocrino
• Ipofisi Posteriore
Ossitocina
• Surrene
Norepinefrina
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SEGNALI DI CONTATTO
Interazione fisica tra cellule adiacenti
Svolgono un ruolo fondamentale durante lo sviluppo
embrionale
cellula segnale
cellula bersaglio
Molecola
segnale
legata alla membrana
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TIPI DI SEGNALI
sintesi finale
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OMEOSTASI
Mantenimento di un ambiente interno costante entro certi limiti. E’ la funzione di
base di ogni organismo; nei pluricellulari coinvolge tutti gli apparati
Integrazione e controllo
Nei pluricellulari l’omeostasi richiede il coordinamento di tutti i tessuti e di tutti
gli organi corporei
L’integrazione ed il controllo di tutte le attività vitali è svolta dal sistema nervoso.
Questo interviene direttamente nelle modificazioni rapide (da millisecondi a
minuti) tramite segnali elettrici, mentre nelle modificazioni di più lungo periodo
(da minuti a mesi), agisce tramite il sistema endocrino, che utilizza invece segnali
di tipo chimico.
Feed back
Nei sistemi di integrazione e controllo degli organismi compaiono meccanismi
caratteristici, detti meccanismi a feed back (a retroazione), che possono essere di
tipo negativo o positivo
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Feed back negativo: il sistema risponde ad un cambiamento contrastandone gli
effetti
L’esempio più classico è l’interazione tra il termostato e la caldaia dell’impianto di
riscaldamento
Termostato: dispositivo che misura la temperatura ambientale, confrontandola
con un valore stabilito dall’utente, ed invia segnali di accensione e spegnimento
alla caldaia.
Caldaia: dispositivo per la produzione di calore, che si accende e si spegne in base
ai segnali ricevuti dal termostato
Quando la temperatura ambiente supera il valore fissato, il termostato dice alla
caldaia di spegnersi
Quando la temperatura ambiente cala sotto il valore fissato, il termostato dice
alla caldaia di accendersi
Con questo semplice meccanismo di accensione e spegnimento la temperatura
ambientale si mantiene circa uguale al valore fissato
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MECCANISMI CIBERNETICI: il termostato e l’omeostasi
Il termostato agisce su un termosifone assicurando che la temperatura desiderata sia mantenuta
costante, ed è un dispositivo elettromagnetico fatto nel modo seguente:
A – il mercurio di un termometro è collegato al polo positivo di un’elettrocalamita;
B – l’elettrocalamita fa da interruttore al termosifone;
C – il polo negativo dell’elettrocalamita è invece portato a coincidere con la temperatura programmata.
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MECCANISMI CIBERNETICI: il termostato e l’omeostasi
1 – Quando la temperatura ambiente è più bassa di quella programmata, l’elettrocalamita non funziona
perché il circuito dell’elettrocalamita è aperto, perciò il termosifone resta acceso;
2 – il calore prodotto dal termosifone fa dilatare il mercurio che sale nella colonnina del termometro;
3 – quando il mercurio ha raggiunto la temperatura programmata si chiude il circuito ed entra in
azione l’elettrocalamita che «spegne» il termosifone. Da questo momento la temperatura diminuisce e
si torna al punto 1.
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MECCANISMI CIBERNETICI: il termostato e l’omeostasi
Il termostato è quindi un meccanismo cibernetico che permette a un ambiente di
mantenere una temperatura stabile nonostante il variare delle condizioni esterne.
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MECCANISMI CIBERNETICI: il termostato e l’omeostasi
L’autoregolazione del sistema si chiama omeostasi, ed è raggiunta attraverso delle piccole oscillazioni
in più o in meno attorno a un punto di equilibrio.
Il termostato è un meccanismo digitale perché ottiene l’omeostasi attraverso un blocco di decisione
binaria Si-No
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FEED BACK NEGATIVO
I meccanismi a feed back negativo tendono quindi a stabilizzare le condizioni del
sistema, intervenendo in moltissime attività vitali di base
Regolano ad esempio la frequenza cardiaca e respiratoria in base alle variazioni
della concentrazione ematica di O2 e CO2
Regolano la sudorazione e la vasodilatazione dei capillari cutanei in base alla
temperatura corporea.
In chimica il principio di Le Chatelier Braun offre numerosi esempi di reazioni di
un sistema chimico all’equilibrio coi quali il sistema stesso tenda a minimizzare un
cambiamento indotto su di esso dall’esterno.
Anche in ecologia e in biologia si hanno numerosi esempi di sistemi autocorrettivi
(vedi pagina successiva)
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FEED BACK NEGATIVO
Nei circuiti autocorrettivi c’è una relazione
inversa che produce sia un rinforzo + che
riduzione –.
Ad es., se un raccolto abbondante fa
crescere la popolazione degli erbivori,
questa esplosione demografica contiene già
in sé i germi della propria autocorrezione.
Infatti con l’aumento degli erbivori
aumentano di conseguenza anche i
carnivori. Ma i carnivori più numerosi
catturano anche più prede, e nel ciclo
successivo essi riducono la popolazione
degli erbivori.
Tuttavia in presenza di un minor numero di
erbivori anche i carnivori debbono
diminuire, fino a ristabilire l’equilibrio tra le
due popolazioni.
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FEED BACK POSITIVO
Feed back positivo: il sistema risponde ad un cambiamento aumentandone gli
effetti
Interviene nei momenti in cui il sistema deve andare incontro ad un
cambiamento, magari rapido, che quindi va stimolato.
Questo significa che in questo caso l’equilibrio viene rotto, per formarne uno
nuovo di cui, però, non è semplice prevedere quali siano le caratteristiche.
Un esempio, di feed back positivo è il parto (Vedi pagina successiva).
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Il parto è un momento delicato e rischioso per madre e bambino, il quale deve
rapidamente uscire dall’utero materno, che lo aiuta contraendosi.
La pressione della testa del neonato sulle pareti dell’utero stimola la produzione di
un ormone (ossitocina), che stimola a sua volta le contrazioni uterine, che
ulteriormente incrementano la pressione della testa del neonato sulle pareti
dell’utero
Si crea così un circolo che si auto alimenta, fino ad una fase parossistica che
determina l’uscita del neonato
Nelle risposte a feed back sono coinvolti un recettore, un integratore ed un
effettore
Stimolo
(input)
recettore
integratore
effettore
Risposta
(output)
retroazione
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Stimolo
(input)
recettore
integratore
effettore
Risposta
(output)
retroazione
Il recettore è un organo o un gruppo di cellule che rileva uno stimolo interno o
esterno al corpo e lo trasforma in un segnale nervoso (trasduttore)
L’ integratore è invece una struttura dell’encefalo che elabora l’informazione
inviata dal recettore ed attiva l’effettore
L’ effettore è un muscolo o una ghiandola che mette in atto la risposta decisa
dall’integratore
I sistemi a feed back superano lo schema deterministico causa – effetto, in quanto
l’effetto (risposta), con l’azione di ritorno, influenza a sua volta la causa (stimolo)
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