La regolazione delle funzioni: gli ormoni

La regolazione delle
funzioni:
gli ormoni
(versione senza immagini)
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L’adattamento biologico
• Ogni organismo biologico è la somma di
vari strumenti (caratteri), ciascuno dei
quali è adatto a svolgere una funzione
particolare.
• Gli scopi perseguiti dagli strumenti
biologici rientrano in due strategie
fondamentali:
• - la sopravvivenza
• - la riproduzione
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L’integrazione
• Gli strumenti che appartengono ad un
organismo non svolgono la loro funzione in
modo indipendente, ma devono essere integrati
all’interno dell’organismo.
• L’integrazione degli strumenti comporta
l’esistenza di sistemi di comunicazione interni
all’organismo.
• Questi sistemi possono essere di varia natura, a
seconda del tipo di comunicazione.
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La specificità
• Il segnale, per sua natura, deve essere specifico, ossia
limitato, altrimenti non è un segnale.
• Il segnale deve essere limitato nel tempo, in modo da
differenziare le fasi cellulari.
• Il segnale deve essere limitato nello spazio: una cellula
precisa, in seguito ad uno stimolo, emette un segnale
chimico, il quale arriva alla cellula bersaglio, che è tale
perché possiede recettori specifici (sulla membrana
esterna o citoplasmatici) che riconoscono chimicamente
il segnale, ossia la molecola. Se una cellula non
possiede i recettori specifici, non rappresenta un
bersaglio per quello specifico segnale.
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I segnali chimici
• Le cellule sono adatte a trasmettere e ricevere
segnali chimici: una cellula libera (secerne)
all’esterno una sostanza ben precisa, la quale
successivamente raggiunge ed interagisce con
un’altra cellula. In seguito a questa interazione
la cellula “bersaglio” modifica la propria attività.
• I segnali si chiamano chimici perché la
specificità del\ legame fra “molecola segnale” e
recettore dipende dalla struttura chimica di
queste due molecole, in particolare dai legami
che esse possono formare interagendo fra di
loro.
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Tre modalità fondamentali
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I segnali indiretti sono molto
frequenti
•
•
•
•
•
Noi ci occuperemo soltanto dei segnali indiretti, in
quanto essi rappresentano la fase di integrazione
più diffusa e meglio conosciuta.
La comunicazione indiretta prevede tre modalità
tipiche:
1) il mediatore chimico locale diffonde nel liquido
extracellulare, viene a contatto con molte cellule,
ma tutte relativamente vicine
2) l’ormone viene secreto nel sangue, e mediante
il circolo sanguigno viene a contatto con tutte le
cellule del corpo; la sua azione però è limitata
solo alle cellule bersaglio
3) il neurotrasmettitore diffonde nello spazio
(sinapsi) fra due cellule; la cellula secretrice (presinaptica) è sempre una cellula nervosa
(neurone), la cellula bersaglio (post-sinaptica)
può essere un altro neurone, oppure una cellula
ghiandolare, oppure una cellula muscolare.
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Due meccanismi diversi
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Un esempio di comunicazione fra cellule
• Tutte le cellule comunicano con altre
cellule. Ad esempio: le nostre cellule
producono CO2 con la respirazione
cellulare, e l’aumento di questo gas viene
riconosciuto da cellule sensitive che
devono “informare” a loro volta il sistema
nervoso centrale (SNC) il quale regola i
movimenti della respirazione polmonare.
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Due sistemi
• Esistono però alcune cellule per le quali la
cumunicazione rappresenta la funzione primaria,
e sono proprio queste di cui ci vogliamo
occupare in questo capitolo.
• Queste cellule appartengono a due sistemi che
negli animali svolgono in modo diverso l’attività
di integrazione delle funzioni:
• - il sistema endocrino
• - il sistema nervoso
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Analogie e differenze
• Questi due sistemi hanno in comune la
caratteristica di mettere in comunicazione
distretti anatomici anche molto lontani fra
loro.
• Detto questo, essi differiscono per vari
aspetti, e rappresentano pertanto due
forme complementari di comunicazione
biologica.
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La modalità del trasporto
• Il segnale viene trasportato con modalità
completamente diverse:
• - il sistema endocrino utilizza la
circolazione sanguigna per trasportare le
molecole segnale (ormoni)
• - il sistema nervoso utilizza un segnale
interno alla cellula, di natura
elettrochimica.
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La velocità
• - La comunicazione ormonale è più lenta: la
cellula ghiandolare deve secernere l’ormone nel
sangue, che lo trasporta a tutto l’organismo, le
cellule bersaglio lo riconoscono e
conseguentemente modificano la propria attività.
• - il segnale elettrochimico viaggia lungo i
prolungamenti filamentosi delle cellule nervose,
coprendo distanze anche notevoli (ad esempio
nell’uomo fino a 1 metro di lunghezza) in tempi
che per noi sono praticamente impercettibili.
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La durata
• - Il segnale ormonale persiste fino a
quando l’ormone è presente nel sangue,
ossia fino a quando non viene degradato
chimicamente dal fegato.
• - Il segnale nervoso si esaurisce
immediatamente, il neurone invia un
impulso alla volta e l’azione è istantanea.
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La distribuzione nello spazio
• - L’ormone presente nel sangue viene a contatto
con tutte le cellule del corpo, agendo su quelle
che possiedono i recettori ad esso specifici
(cellule bersaglio). Questo fatto consente
all’ormone di agire anche in modo diffuso, ossia
su più organi allo stesso tempo.
• - Il segnale nervoso ha un’azione puntuale, non
solo nel tempo, ma anche nello spazio: ogni
singola cellula nervosa prende contatto con una
singola cellula di destinazione, oppure con più
cellule di destinazione ma strettamente vicine fra
loro.
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Le ghiandole endocrine
•
•
•
•
Il sistema endocrino è formato da
questi organi, diffusi in vari distretti
del corpo.
La denominazione deriva dal fatto
che la secrezione avviene sempre
nel sangue (ambiente interno) in
corrispondenza dei capillari
presenti nelle ghiandole.
Ogni ghiandola endocrina produce
uno o più ormoni, associati nella
funzione.
Studiare il sistema endocrino
significa in sostanza imparare
quali sono le ghiandole endocrine,
dove si trovano, quali ormoni
producono, a cosa servono questi
ormoni.
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Alcune ghiandole endocrine
appartengono ad altri apparati
• Ad esempio:
• - alcune cellule della mucosa gastrica e di
quella intestinale producono ormoni
• - anche il cuore produce un ormone
• - le gonadi (testicoli e ovaie) sono organi a
funzione endocrina, ma appartengono
all’apparato genitale perché producono i
gameti.
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Il collegamento fra i due sistemi
• Come era inevitabile immaginare, esiste
un collegamento molto stretto fra i due
“sistemi della comunicazione”.
• Questo collegamento è sia anatomico che
funzionale: esso è rappresentato dal
sistema ipotalamo-ipofisi, situato
nell’encefalo (il contenuto fondamentale
del cranio).
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Il feedback
• In italiano “retroazione”.
• Questo meccanismo è molto adatto a perseguire
l’omeostasi, ossia la costanza delle condizioni
fisiche e chimiche dell’organismo.
• Il meccanismo del feedback è molto diffuso nella
secrezione degli ormoni.
• Il termine indica una interazione fra effetto e
causa, che nel caso degli ormoni corrispondono
alla secrezione dell’ormone da parte della
ghiandola e la sua presenza nel sangue.
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Due modi opposti di regolare
• Il feedback presuppone che le cellule
ghiandolari siano esse stesse sensibili
all’ormone presente nel sangue: la
ghiandola, oltre a produrre l’ormone, ne è
allo stesso tempo organo bersaglio!
• Nel feedback negativo la ghiandola viene
inibita dall’ormone.
• Nel feedback positivo la ghiandola viene
stimolata dall’ormone.
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Feedback negativo
• È il feedback più diffuso: l’abbondanza dell’ormone nel
sangue inibisce la sua secrezione da parte della
ghiandola (l’effetto inibisce la causa).
• Quando l’ormone è scarso, manca l’effetto inibitorio, e la
ghiandola produce l’ormone.
• In questo modo si ottiene una concentrazione equilibrata
dell’ormone.
SECREZIONE
DELL’ORMONE DA
PARTE DELLA
GHIANDOLA
PRESENZA
DELL’ORMONE
NEL SANGUE
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Il feedback positivo
• In questo caso la ghiandola viene stimolata dalla
presenza dell’ormone: più ormone è presente, più se ne
produce.
• Il risultato è un effetto a cascata, di amplificazione del
segnale.
• Naturalmente questo meccanismo non è adatto per
ottenere un equilibrio. Esso è utile nei casi (rari) in cui è
necessario ottenere una risposta molto intensa in un
breve tempo.
• Ad esempio, al momento del parto è necessario che
l’utero, organo generalmente poco attivo dal punto di
vista muscolare, produca contrazioni molto intense.
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Gli ormoni antagonisti
• Alcune coppie di ormoni producono effetti
opposti (antagonisti) sullo stesso organo.
• Anche questo meccanismo è adatto ad
equilibrare le condizioni cellulari.
• Due esempi di ormoni antagonisti:
insulina – glucagone (pancreas)
calcitonina (tiroide) – paratormone (paratiroidi)
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