Fisiologia Umana: Sistema endocrino, ormoni e loro regolazione

Sistema endocrino

Costituito da ghiandole che secernono ormoni (messaggeri chimici), che vengono riversati direttamente nel circolo sanguigno per essere trasportati a organi o cellule, dove esercitano funzioni a basse concentrazioni (scarsa quantità).

Omeostasi

Si tratta dell'equilibrio delle parti e delle funzioni interne dell'organismo. Questo equilibrio può essere destabilizzato da stimoli interni ed esterni, perciò per ripristinarlo il sistema nervoso, quello endocrino e immunitario lavorano in sinergia a questo fine.

Feedback negativo

È un mezzo tramite cui la concentrazione plasmatica dell'ormone (quantità di ormone), controlla la produzione e la secrezione dell'ormone stesso. Generalmente l'ipotalamo secerne ormoni ipotalamici, facendo si che anche l'ipofisi secerna ormoni ipofisari a loro volta, agendo sulla ghiandola bersaglio, producono ormoni. Questi possono essere responsabili di un feedback negativo (perché prosegue all'incontrario) lungo, direttamente quindi all'ipotalamo che avvia questa catena di produzione di ormoni. Possono essere impiegati però anche altri due tipi di feedback negativi: corto, ormoni ipofisarioll'ipotalamo; ultracorto, ormoni ipotalamici sull'ipotalamo stesso.

Comunicazione ormonale

Quando una ghiandola produce e secerne un ormone, che viene rilasciato nel circolo sanguigno e trasportato a cellule o organi bersaglio, si parla di comunicazione endocrina. Esistono però altri tipi di comunicazione: neuroendocrina, uguale all'endocrina, l'unica differenza è all'inizio, invece che una ghiandola, in questo caso sarà un neurone a produrre l'ormone; paracrina, l'ormone diffonde attraverso il liquido interstiziale (soluzione acquosa che permette scambi tra cellule e vasi sanguigni) andando ad agire su un'altra cellula, vicina alla cellula della ghiandola dalla quale è stato secreto; autocrinia, l'ormone viene secreto direttamente nel liquido interstiziale, e poi андrà ad agire direttamente sulla cellula della ghiandola dalla quale è stato secreto.

Azione degli ormoni

Quando l'ormone arriva a destinazione, organi o tessuti, si deposita su una cellula del bersaglio, a livello di un recettore, che deve essere specifico per ciascun tipo di ormone. Se il recettore specifico riconosce l'ormone, i due si legano formando un complesso, il recettore trasduce il segnale, ovvero il messaggio trasportato dall'ormone, generando all'interno della cellula, una risposta biologica. La risposta è generata proprio grazie alle costanti di associazione e di dissociazione del complesso, un equilibrio tra l'ormone legato e non legato al recettore.

Trasporto ormonale

Un ormone può essere trasportato in forma libera quindi sarà attivo, in questo caso l'emivita, ovvero il tempo impiegato perché la quantità di ormone nel sangue venga dimezzata, è minore, come la sua durata d'azione. Può essere trasportato poi insieme a proteine di trasporto, quindi non ancora attivo, l'emivita in questo caso è maggiore insieme alla sua durata d'azione, questo perché la proteina funge da riserva ormonale. La maggior parte delle proteine di trasporto è sintetizzata a livello epatico, quindi nel fegato.

Concentrazione di un ormone

È influenzata da tre fattori: velocità di sintesi, controllata da feedback positivi e negativi; velocità di trasporto, quindi dalla velocità del flusso sanguigno; velocità di degradazione, quindi l'emivita.

Degradazione ormonale

Gli ormoni vengono degradati a livello epatico e renale, subendo delle modificazioni enzimatiche (gli enzimi sono catalizzatori biologici) che li portano a diventare metaboliti che possono essere escreti rispettivamente con la bile e le urine. Es. gli ormoni steroidei (cortisolo, estrogeni e testosterone) vengono modificati con coniugazione (aggiunta) di acido glucoronico o solfato (fase II del metabolismo), e resi facilmente eliminabili con le urine e in piccola parte con la bile.

Il catabolismo degli ormoni (scomposizione di molecole complesse) può essere mediato da un recettore. Il complesso recettore- ormone, dopo essersi formato e aver svolto la sua funzione, può essere internalizzato dalla cellula, entrando nei lisosomi, strutture ricche di enzimi che degradano queste molecole (ormoni), che la cellula può poi riutilizzare per altre funzioni. Es. insulina.

Se il catabolismo non è mediato da recettori, l'ormone entra a contatto con delle proteasi nel plasma, enzimi che si trovano nel sangue e che scindono direttamente gli ormoni. Anche in questo caso il prodotto della scomposizione può essere riutilizzato dalla cellula. Es. glucagone.

Recettori ormonali

In base alla composizione di un ormone avremmo una diversa localizzazione del suo recettore specifico. Se l'ormone è idrofilo, il recettore si troverà sulla superficie della membrana plasmatica della cellula, perché essendo fatta di un doppio foglietto fosfolipidico, impedisce all'ormone, affine all'acqua e non ai lipidi, di entrare. Dopo il legame con il recettore, questi ormoni attivano una cascata di segnali nella cellula che portano modifiche, attivazione o produzione di nuove proteine, strutturali o enzimatiche.

1Se gli oromi invece sono lipofili, i recettori possono trovarsi all'interno della cellula, anche sulla membrana nucleare, perché in questo caso l'ormone riesce ad attraversare la membrana plasmatica lipidica. In questo caso il legame può influenzare la trascrizione di geni e la produzione di nuove proteine.

Sui recettori possono agire farmaci agonisti che mimano l'azione degli ormoni naturali, generando una risposta biologica nella cellula simile a quella naturale.

Agiscono anche farmaci antagonisti che però non attivano la risposta biologica, perché bloccano il recettore, impedendo ad ormoni naturali o agli agonisti di legarsi e attivarlo.

Il legame ormone-recettore può modificare la risposta nel tempo: down-regulation, diminuzione del numero di recettori, quando c'è un'alta concentrazione di un ormone, evitando una risposta eccessiva. La cellula diventa meno reattiva all'ormone, riducendo la risposta, anche se l'ormone si trova ad alte concentrazioni; Up-regulation, la cellula produce più recettori, quando c'è una bassa concentrazione di un ormone, la cellula lo fa per migliorare la sensibilità all'ormone. La cellula così risponde più facilmente anche a basse concentrazioni.

Recettori sullo stesso tessuto possono provocare risposte diverse in base alla natura dell'ormone che deve legarsi. Es: recettori alfa- adrenergici, sui vasi sanguigni che forniscono il sangue a pelle ed organi interni. Quando l'adrenalina si lega, provoca vaso-costrizione, aumenta la pressione sanguigna e riduce il flusso di sangue in quelle aree; recettori beta-2 adrenergici, sui vasi sanguigni che forniscono sangue a muscoli scheletrici e polmoni. Quando l'adrenalina si lega, provoca vasodilatazione, aumenta il flusso in queste aree e migliora l'apporto di ossigeno e nutrienti.

Effetti di ormoni diversi sullo stesso organo

Gli effetti degli ormoni sullo stesso organo possono essere: sinergismo, ormoni diversi hanno lo stesso effetto sull'organismo (l'effetto maggiore è dato dalla somma dei due effetti); permissività, un ormone per esplicare la sua funzione necessità dell'azione di un secondo ormone, perché quest'ultimo può aumentare il numero o sensibilità dei recettori, può attivare enzimi utili o può influenzare l'espressione genica che codifica per proteine, questo a favore del primo ormone. Es. gli ormoni tiroidei funzionano grazie alla presenza degli ormoni della riproduzione per uno sviluppo normale del sistema riproduttivo; antagonismo, due ormoni hanno funzione opposta e possono inibire l'effetto l'uno dell'altro, competendo per lo stesso recettore target, uno si lega e blocca l'altro, quando l'effetto di un ormone stimola un processo e l'altro lo inibisce (es. insulina e glucagone, la prima diminuisce la glicemia l'altro la aumenta) o un ormone può ridurre la produzione o liberazione dell'altro ormone.

Classificazione chimica degli ormoni

Esistono ormoni che possono essere: non steroidei, derivano dagli amminoacidi e perciò sono idrosolubili (peptidi, glicoproteine e proteine); steroidei, derivano dal colesterolo e sono liposolubili (cortisolo e aldosterone dalla corticale del surrene ed estradiolo, progesterone nelle ovaie e testosterone nei testicoli).

Gli ormoni peptidici derivano da una proteina lunga di più amminoacidi, chiamata pre-pro-ormone. La parte proteica viene sintetizzata a livello del reticolo endoplasmatico, mentre la maturazione e l'assemblaggio della parte glucidica, nel caso delle glicoproteine, avviene nell'apparato del Golgi. La biosintesi, processo cui le cellule producono ormoni, inizia con un pre-pro-ormone che viene clivato (tagliato) in pro-ormone nel RE, che viaggia attraverso una vescicola secretoria al Golgi dove avrà il distacco anche della parte pro ottenendo l'ormone attivo, che verrà rilasciato tramite la fusione della vescicola secretoria con la membrana plasmatica, per esocitosi, dove passerà nel circolo sanguigno.

Il legame tra un ormone peptidico e il suo recettore specifico, può attivare proteine G, all'interno della cellula, che vanno ad aprire un canale ionico, permettendo agli ioni di entrare o uscire dalla cellula. Le proteine G attivano anche altre molecole, ovvero secondi messaggeri, come AMP ciclico, che attivano a loro volta enzimi che aggiungono gruppi fosfato alle proteine intracellulari, fosforilazione. La fosforilazione delle proteine porta alla risposta cellulare.

Alcuni recettori possono contenere una parte a tirosina-chinasi, che si attiva dopo la formazione del legame recettore-ormone. Questa parte aggiunge gruppi fosfato alle proteine intracellulari, innescando una serie di reazioni a catena, questa cascata del segnale porta alla risposta cellulare.

Chiarimenti su proteine G e AMP ciclico

Proteine G

Le proteine G sono come interruttori, attivati dalla formazione del complesso recettore-ormone. L'attivazione comporta la sostituzione del guanosin difosfato (GDP) con il guanosin trifosfato (GTP) sulla proteina G, che attiva o inibisce enzimi o canali ionici. GDP è una molecola composta da una base azotata (adenina), uno zucchero (ribosio) e due gruppi fosfato, è il prodotto della fosforilazione del GTP, per idrolizzazione. Il GTP è simile ma contiene tre gruppi fosfato. Allo stato inattivo la proteina G è legata al GDP, quando un ormone si lega al recettore, il GDP viene sostituito con il GTP, attivando la proteina G. Questa in forma attiva trasmette il segnale all'interno della cellula, poi idrolizza il GTP in GDP, sprigionando energia, utile per altri processi, e la proteina ritorna allo stato inattivo.

AMP ciclico

L'AMP ciclico è una molecola prodotta dall'ATP, la cAMP trasmette segnali all'interno della cellula, attivando enzimi come la proteina chinasi A che a sua volta fosforila le proteine, portando alla risposta cellulare.

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