0 Il sistema endocrino I messaggeri chimici 0 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. 0 Gli ormoni sono secreti dalle ghiandole endocrine e dalle cellule neurosecretrici. Vescicole secretrici Vaso sanguigno Cellula bersaglio Cellula neurosecretrice Cellula endocrina Molecole ormonali 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. 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 Gli ormoni agiscono sulle cellule bersaglio mediante due principali meccanismi di trasmissione del segnale Ormone idrosolubile (insulina) 0 Recettore proteico 1 Gli ormoni idrosolubili si legano a recettori proteici di membrana della cellula bersaglio. Cellule bersaglio 2 Membrana plasmatica Sequenza di trasduzione del segnale Molecole relè 3 Glicogeno Glucosio Risposta cellulare: in questo esempio, la demolizione del glicogeno 0 • 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. Ormone liposolubile (testosterone) Cellula bersaglio Nucleo 1 2 3 Recettore proteico Complesso ormonerecettore DNA 4 mRNA Trascrizione Nuova proteina Risposta cellulare: attivazione di un gene e nuove proteine Il sistema endocrino umano 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) Testicolo (nel maschio) 0 • 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. 0 • Molti ormoni hanno un’ampia gamma di cellule bersaglio. • Altri ormoni, invece, esercitano la loro azione solo su pochi tipi di cellule bersaglio. 0 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 0 • 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. 0 Le cellule neurosecretrici del lobo posteriore dell’ipofisi (neuroipofisi) sintetizzano l’ossitocina e l’ormone antidiuretico (ADH). Ipotalamo Ormone Cellula neurosecretrice Neuroipofisi Vaso sanguigno Adenoipofisi Ossitocina Ossitocina ADH Muscolatura uterina ghiandole mammarie Tubuli renali Il lobo anteriore dell’ipofisi (adenoipofisi) secerne l’ormone tireotropo (TSH), l’ormone adrenocorticotropo (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 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) 0 La secrezione della tiroxina da parte della tiroide è controllata da meccanismi a feedback negativo. Ipotalamo Inibizione TRH Adenoipofisi Inibizione TSH Tiroide Tiroxina Ormoni e omeostasi 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 tiiodotironina, detta anche T3 perché contiene tre atomi di iodio. La presenza nel sangue di quantità eccessive o ridotte di degli ormoni tiroidei può determinare gravi malattie metaboliche. – Una forma di ipertiroidismo 0 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 Insufficiente produzione di T4 e T3 0 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 calciotonina, 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 calciotonina fa abbassare la calcemia, mentre il PTH la fa aumentare. 0 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 Stimola il rilascio di ioni Ca2+ dalle ossa Aumenta l’assorbimento di ioni Ca2+nei reni Le ghiandole paratiroidi rilasciano l’ormone paratiroideo (PTH) Aumenta l’assorbimento di ioni Ca2+ da parte dell’intestino Ghiandola paratiroide PTH 0 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. 0 • 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. 0 Regolazione della concentrazione del glucosio nel Le cellule sangue beta del pancreas Insulina 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 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 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 insulino-dipendente); – oppure quando le cellule non sono in grado di rispondere all’insulina (diabete di tipo II o insulinoindipendente). 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. 0 • 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. 0 Gli androgeni stimolano lo sviluppo e il mantenimento del sistema riproduttore maschile. 0 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. 0 • 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. • 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. Controllo delle risposte allo stress da parte degli ormoni prodotti dalle ghiandole surrenali. Stress Ghiandola surrenale Rene Midollare surrenale Corticale surrenale Impulsi nervosi Midollo spinale (sezione trasversale) Ipotalamo Vaso sanguigno Cellula nervosa Midollare surrenale Adrenalina e noradrenalina Risposta a breve termine allo stress Figura 21.10 Ormone di rilascio Adenoipofisi Cellula nervosa 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 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 0