LA SEGNALAZIONE CELLULARE
•Le cellule degli organismi pluricellulari più complessi sono
specializzate e svolgono funzioni specifiche.
• Molti processi biologici richiedono che le cellule lavorino in modo
coordinato.
• Il coordinamento si realizza attraverso meccanismi di
segnalazione cellulare.
• Per la loro sopravvivenza le cellule devono comunicare con le
cellule circostanti, controllare le condizioni del loro ambiente,
rispondere ai vari stimoli che giungono alla loro superficie.
• La segnalazione cellulare può riguardare ogni aspetto della
struttura e della funzione cellulare.
SISTEMI DI COMUNICAZIONE
Diverse modalita` di segnali ormonali
ENDOCRINA
PARACRINA
NEURONICA
CONTATTO-DIPENDENTE
Diverse modalita` di segnali ormonali
•
•
•
•
ENDOCRINA: l’ormone prodotto dalle cellule
ipofisarie passa in circolo ed agisce a distanza
sulla ghiandola bersaglio (es. tiroide);
NEUROENDOCRINA: l’ormone viene secreto da un
neurone direttamente in circolo e raggiunge un
organo bersaglio (es. rene);
PARACRINA: l’ormone agisce su una cellula
presente nella stessa ghiandola;
AUTOCRINA: l’ormone agisce sulla stessa cellula
dalla quale è stato secreto.
Le cellule devono comunicare tra loro
e comunicano tra loro attraverso anche meccanismi
di segnalazione di:
1.
–
intracellulare diretta
Giunzioni cellulari consentono alle molecole segnale di
passare da una cellula all’altra
2. contatto-dipendente
–
Alcune molecole sono legate alla superficie delle cellule e
funzionano da segnali per le cellule che vengono a contatto
con esse
DIVERSI TIPI DI SEGNALAZIONE
LA SEGNALAZIONE CELLULARE
La comunicazione o segnalazione cellulare
coinvolge segnali in entrata e in uscita
I segnali sono agenti che influenzano le proprietà
delle cellule
I segnali influenzano la conformazione di un
recettore provocando una risposta nella cellula
Alberts et al., L’ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
Perchè le cellule devono rispondere a dei
segnali?
1.
Necessità di rispondere a cambiamenti ambientali
–
–
•
•
L’adattamento o risposta cellulare è critico per la
sopravvivenza
Attivazione di particolari vie metaboliche (Cataboliche
e/o anaboliche)
E’ necessaria per coordinare le attività cellulari in
un organismo multicellulare
Un motivo importante della comunicazione
cellulare è la promozione della divisione cellulare
Alberts et al., L’ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
Perchè le cellule devono rispondere a dei
segnali?
I DUE SISTEMI DI COMUNICAZIONE
• Gli ormoni diffondono a lunga
distanza, attraverso il sangue
dove si diluiscono. Agiscono a
bassa concentrazione (10-8 M);
• I neurotrasmettitori si
riversano nelle sinapsi a
concentrazioni elevate
(5 x 10-4 M).
SISTEMA ENDOCRINO
•
Il SISTEMA ENDOCRINO è un sistema di
comunicazione deputato a regolare, integrare e
coordinare svariati processi fisiologici quali:
1. Digestione, utilizzo ed immagazzinamento delle
sostanze nutritive
2. Crescita e sviluppo
3. Metabolismo idro-elettrolitico
4. Funzione riproduttiva
SISTEMA IPOFISI-IPOTALAMO
ORMONE
• Regolatore e coordinatore di funzioni biologiche
multiple- Molecola organica potente e specializzata
prodotta da cellule endocrine in risposta a stimoli
specifici che esercita la propria azione su specifiche
CELLLULE BERSAGLIO;
• CELLULA BERSAGLIO: cellula dotata di recettore che
riconosce per affinità e specificità l’ormone;
• RECETTORE: molecola proteica o glicoproteica che
posta sulla superficie della cellula o all’interno
riconosce e lega l’ormone.
PRINCIPALI ORGANI ENDOCRINI
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IPOFISI
TIROIDE
TIMO
PARATIROIDI
PANCREAS ENDOCRINO
GHIANDOLE SURRENALI
OVAIE E PLACENTA PER LE DONNE
TESTICOLI PER GLI UOMINI
NATURA CHIMICA DEGLI ORMONI
MECCANISMI DI CONTROLLO DEGLI ORMONI
FEROROMONI
Il sistema endocrino umano produce una grande
varietà di ormoni che permettono al corpo di:
1. Mantenere l’omeostasi: l’insulina e il glucagone mantengono
costanti il livello di glucosio nel sangue;
2. Rispondere ad una grande varietà di stimoli esterni:
le catecolammine;
3. Seguire vari programmi ciclici e di sviluppo: gli ormoni
sessuali regolano il differenziamento, la maturazione
sessuale, il ciclo mestruale, la gravidanza.
ORMONI: Funzioni
•
•
•
•
•
Regolazione della produzione di energia (insulina, glucagone)
Risposta a stimoli nocivi (catecolammine, steroidi)
Regolazione della crescita (ormone dell’accrescimento)
Regolazione della funzione riproduttiva e sessuale (steroidi)
Regolazione del liquido extracellulare e dell’osmolalità
(aldosterone, ormone antidiuretico)
• Controllo del metabolismo Ca e P (calcitonina, Vit. D)
• Regolazione accrescimento, riproduzione e differenziamento
cellulare (fattori di crescita, oncogeni)
ORMONI STEROIDEI
• La biosintesi degli ormoni steroidei inizia dal
colesterolo
• I principali organi implicati sono le gonadi, la
corteccia del surrene e la placenta
• In genere, tali ormoni controllano il metabolismo
regolando l’espressione di particolari geni
ORMONI STEROIDEI
Le principali classi sono:
1. Progestinici (progesterone) (21C): regolano l’andamento della
gravidanza e sono i precursori di tutti gli ormoni steroidei
2. Glucocorticoidi (cortisolo e corticosterone) (21C): Agiscono sul
metabolismo dei carboidrati, promuovendo la gluconeogenesi.
In dosi farmacologiche aboliscono le reazioni infiammatorie
3. Mineralcorticoidi (aldosterone) (21C) : regolano la
concentrazione di elettroliti nel sangue, promuovendo il
riassorbimento di Na+, Cl-, HCO3-
4. Androgeni (androstenedione, testosterone) (19C):
promuovono lo sviluppo sessuale maschile
5. Estrogeni (estrone, estradiolo) (18C):
ormoni sessuali che inducono i caratteri sessuali femminili
Gli ormoni steroidei, a
differenza di quelli
peptidici, non vengono
immagazzinati in tessuti
di riserva, bensì prodotti
all'occorrenza e
prontamente liberati nel
plasma. Il livello di
ormone circolante è
regolato dalla velocità di
sintesi
ORMONI STEROIDEI
Glucocorticoidi e mineralcorticoidi sono
sintetizzati nella corteccia surrenale
Gli androgeni e gli estrogeni sono
sintetizzati rispettivamente nel
testicolo e nell’ovaio
Tutti gli ormoni steroidei agiscono
tramite recettori nucleari e modificano
l’espressione di specifici geni
Androgeni prodotti nelle prime fasi di sviluppo embrionale
guidano lo sviluppo del feto maschile; dopo la nascita livelli
bassi fino all'adolescenza poi aumenta il T per la produzione di
sperma e maturazione del pene e dei testicoli.
REGOLAZIONE DELLA PRODUZIONE DI
TESTOSTERONE
Funzioni delle GONADOTROPINE (FSH e LH)
•
Regolazione della secrezione di gonadotropine:
La secrezione di FSH ed LH è stimolata dall'ipotalamo mediante il GnRH (ormone
rilasciante le gonadotropine), mentre risente variamente dei livelli circolanti di ormoni
sessuali (testosterone nel maschio, estrogeni e progesterone nella femmina), con un
meccanismo di retroazione (detto feedback). Livelli variabili di FSH ed LH sono
responsabili del ciclo mestruale nel sesso femminile.
• Azione dell'FSH:
Nel sesso maschile, lo FSH agisce sul testicolo e, in particolare, su alcune cellule di supporto
(cellule del Sertoli) tra le quali si sviluppano gli spermatozoi.
Nel sesso femminile il ruolo principale dell'FSH è quello di consentire da un lato la maturazione
dei follicoli ovarici durante la prima parte del ciclo mestruale, dall'altro la produzione di
estrogeni da parte dell'ovaio.
• Azione dell'LH:
Nel sesso maschile, lo LH agisce sulle cellule di Leydig del testicolo, responsabili della
produzione di testosterone.
Nel sesso femminile lo LH è in grado di indurre l'ovulazione e di favorire la produzione di
progesterone da parte del corpo luteo (ovvero il residuo del follicolo ovarico dopo
l'espulsione della cellula uovo).
ORMONI E CICLO DELLA DONNA
Ormoni idrosolubili
ORMONI PEPTIDICI
•Insulina (Cellule del pancreas)
•Glucagone (Cellule del pancreas)
ORMONI NON PEPTIDICI
•Adrenalina
e
noradrenalina
(Midollare del surrene)
•Ormone paratiroideo (Paratiroidi)
•Prolattina (Adenoipofisi)
•Ossitocina (Ipotalamo)
•Vasopressina (Ipotalamo)
Gli ormoni di natura idrofilica ( proteici, peptidici,
adrenalina,noradrenalina) circolano nel sangue in forma libera
ORMONI LIPOSOLUBILI
Corteccia surrenale
Ormoni sessuali
•Cortisolo
•Androgeni (testicoli)
•Aldosterone
•Estrogeni (ovaio)
•Corticosterone
Gli ormoni di natura idrofobica (steroidei, 1,25-diidrossicalciferolo)
sono veicolati nel sangue da proteine leganti specifiche
Stadi della segnalazione cellulare
1.
Attivazione del recettore
– La molecola segnale si lega al recettore
2. Trasduzione del segnale
– Il recettore attivato stimola una sequenza di
cambiamenti nella via di trasduzione del segnale
3. Risposta cellulare
– Numerose e differenti risposte
• Altera l’attività di 1 o più enzimi
• Altera le funzioni di una proteina strutturale
• Cambiamenti nell’espressione genica
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L’effetto degli ormoni sulle cellule bersaglio si realizza
mediante l’interazione con recettori specifici
Gli ormoni idrosolubili
si legano a recettori presenti
sulla membrana cellulare ed
esercitano il loro effetto
prevalentemente sull’attività
metabolica attraverso un
secondo messaggero
Gli ormoni liposolubili
si legano a recettori
intracellulari ed esercitano il
loro effetto prevalentemente
sulla trascrizione di alcuni
geni
Altre molecole segnale
• Neurotrasmettitori (acetilcolina, dopamina,
endorfine ecc)
• Fattori di crescita (NGF, EGF ecc)
• Citochine
• Ossido di azoto (NO)
