Coordinazione chimica: il sistema endocrino e gli ormoni nei vertebrati

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Psicologia

COORDINAZIONE CHIMICA: IL SISTEMA ENDOCRINO

Il sistema endocrino ed il sistema nervoso costituiscono un grande sistema integrato atto a controllare le attività dell'intero organismo vivente. Il sistema endocrino opera attraverso messaggeri chimici chiamati ormoni che vengono generalmente rilasciati nel sangue, o in altri fluidi corporei, in concentrazioni estremamente basse (dell'ordine di 10 -9 M). Nonostante le loro bassissime concentrazioni, gli ormoni hanno un'azione prolungata nel tempo; ciò è dovuto al fatto che i loro effetti vengono amplificati a livello cellulare. La maggior parte dei Metazoi possiede sia il sistema nervoso sia il sistema endocrino: il primo è adattato a fornire risposte rapide e specifiche; il secondo a controllare processi più lenti e continui che coinvolgono cellule di molte parti del corpo. Il sistema endocrino agisce infatti lentamente a causa del tempo richiesto per l'attraversamento degli epiteli, il trasposto tramite la circolazione, il raggiungimento di un bersaglio specifico e la sua diffusione nei liquidi tissutali. Il tempo minimo di risposta può essere di qualche secondo ma spesso è di gran lunga maggiore. Le risposte mediate da ormoni inoltre possono durare da alcuni minuti a settimane mentre quelli del sistema nervoso durano da qualche millisecondo a pochi minuti dal momento che i neurotrasmettitori vengono rapidamente degradati. Quando è necessario un effetto continuo, come molti processi metabolici di accrescimento, oppure quando una certa concentrazione, o un tasso di 1 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co) - C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia secrezione, deve essere mantenuto a un particolare livello, interviene il sistema endocrino e non quello nervoso. Comunque sia il sistema nervoso e quello endocrino funzionano come un unico sistema unitario e non esiste una netta separazione fra i due: le ghiandole endocrine spesso ricevono istruzioni dal cervello e molti ormoni agiscono sul sistema nervoso e possono controllare molti tipi di comportamento animale. Nonostante le differenze tra il sistema endocrino e quello nervoso essi hanno molti punti in comune ed interagiscono ampiamente. Sia l'integrazione endocrina che quella nervosa esercitano le loro azioni mediante messaggeri chimici che eccitano, oppure inibiscono, le cellule bersaglio. Certe molecole si comportano sia da neurotrasmettitori che da ormoni. Alcuni neuroni, che prendono il nome di cellule neurosecretrici, sono in grado di sintetizzare ormoni e liberarli, attraverso le terminazioni assoniche, nel sangue. Alcuni processi, come i cambiamenti di colore, che avvengono nei vertebrati primitivi, sono controllati sia dal sistema nervoso che da quello endocrino. Inoltre, nei vertebrati i due sistemi sono interconnessi intimamente dall'ipotalamo, i cui neurosecreti controllano l'azione dell'ipofisi e, attraverso essa, gran parte dell'attività dell'intero sistema endocrino. In generale, l'integrazione ormonale controlla processi a lungo termine, compreso l'accrescimento e lo sviluppo, la pigmentazione, il mantenimento della composizione dei liquidi entro limiti ben determinati, la trasformazione dei prodotti alimentari in energia o in materiale di accumulo, la riproduzione. 2 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co)- C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia Gli ormoni sono prodotti da numerose piccole ghiandole endocrine, sparse in tutto il corpo e vengono trasportati in varie regioni, al fine di raggiungere le cellule bersaglio, che si possono trovare anche a considerevole distanza. Le ghiandole endocrine sono piccole ghiandole organizzate in cordoni o in isole prive di dotti. Essi devono assumere i materiali grezzi dal sangue, devono elaborare tali materiali quindi riversare nel sangue i prodotti ormonali finiti; per tale motivo le ghiandole endocrine necessitano di una ricchissima vascolarizzazione. Al contrario le ghiandole esocrine sono provviste di dotti, tramite i quali scaricano le loro secrezioni sulla superficie libera. Accanto a questa stragrande maggioranza di ormoni, esistono alcuni tipi di neurosecrezioni che non entrano mai nel circolo sanguigno, inoltre vi sono molti ormoni che possono venire sintetizzati anche da tessuti non endocrini. Tali ormoni possono funzionare come neurotrasmettitori nel cervello o come fattori tissutali locali assumendo il ruolo di paraormoni, in grado di stimolare la crescita cellulare o intervenire nella regolazione di numerosi processi biochimici.

Meccanismi dell'azione ormonale

Alcuni ormoni mostrano una distribuzione ubiquitaria all'interno dell'organismo per cui interagiscono con moltissime cellule corporee. Al contrario, altri ormoni producono una risposta specifica e sono indirizzati ad altrettanto specifici organi bersaglio. Poiché tutti gli ormoni sono trasportati dal flusso sanguigno, la loro specificità dipende dalle molecole recettrici presenti sulle cellule bersaglio che si legano solamente a determinati ormoni, in virtù della loro particolare struttura 3 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co) - C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia molecolare. Cellule prive dello specifico recettore sono insensibili all'azione dell'ormone. Gli ormoni agiscono attraverso due tipi di recettori: i recettori di membrana e i recettori nucleari. Molti ormoni di grandi dimensioni, quali gli ormoni peptidici, non riescono ad attraversare le membrane cellulari pertanto esplicano la loro funzione legandosi a siti recettori presenti nella porzione esterna delle membrane citoplasmatiche delle cellule bersaglio. Si forma così un complesso ormone- recettore che provoca il rilascio di una particolare molecola nella parte citoplasmatica. Un ormone di questo tipo si comporta da primo messaggero che determina il rilascio di un secondo messaggero all'interno del citoplasma. Un singolo primo messaggero può determinare la produzione di numerosi secondi messaggeri; in tal modo il messaggio è amplificato migliaia di volte. Ormoni più piccoli, quali gli ormoni steroidei, sono molecole liposolubili che possono diffondere facilmente attraverso le membrane plasmatiche ed entrare quindi a contatto con il citoplasma dove si legano a specifiche molecole recettori presente esclusivamente nelle cellule bersaglio. Il complesso che deriva da tale riconoscimento è noto come proteina di regolazione dei geni ed è un complesso recettore-ormone che agisce direttamente a livello del DNA. Tale complesso determina un aumento dell'attività trascrizionale su sequenze specifiche di DNA generando molecole di RNA messaggero che iniziano la sintesi di enzimi chiave, dando così l'avvio agli effetti osservabili dell'ormone. L'ormone della muta degli insetti, chiamato ecdisone, agisce in questo modo. 4 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co)- C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia Gli effetti degli ormoni sono proporzionali alle loro concentrazioni nel sangue. Esistono principalmente due fattori responsabili della concentrazione ormonale del sangue: la velocità di secrezione dell'ormone da parte della ghiandola e la velocità di rimozione dello stesso dal circolo sanguigno. Ne consegue che, per un controllo corretto, una ghiandola endocrina deve conoscere costantemente la concentrazione plasmatica degli ormoni in modo da poterne regolare la velocità della secrezione. La secrezione della maggior parte delle ghiandole endocrine è controllata da un feedback negativo; essa si riduce se la concentrazione plasmatica dell'ormone è elevata mentre aumenta se la concentrazione plasmatica dell'ormone è bassa.

ORMONI NEGLI INVERTEBRATI

Sono stati individuati ormoni in tutti i taxa di invertebrati. Invertebrati più primitivi, quali cnidari, nematodi e anellidi, possiedono cellule endocrine mentre quelli con un'organizzazione più complessa, quali molluschi e artropodi, possiedono vere e proprie ghiandole endocrine. Gli ormoni più comuni presenti tra gli invertebrati sono peptidici ed hanno il compito di regolare i cambiamenti di colore, la crescita, la riproduzione, l'omeostasi e vari meccanismi fisiologici. Nei metazoi la principale sorgente di ormoni è rappresentata da cellule neurosecretrici cioè cellule nervose specializzate per la sintesi e la secrezione di ormoni. I loro prodotti vengono riversati direttamente in circolo. L'integrazione endocrina è stata studiata soprattutto nei crostacei e negli insetti. 5 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co) - C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia La muta degli artropodi è un esempio esplicativo di azione ormonale negli invertebrati. Gli artropodi sono racchiusi all'interno di un esoscheletro chitinoso e compatto che limita l'accrescimento del corpo dell'animale fino al momento della muta. Gli insetti presentano un ciclo vitale complesso che comprende uno o più stadi larvali durante i quali gli individui si alimentano, uno stadio pupale quiescente e, da ultimo, uno stadio adulto in cui gli individui si riproducono. Le mute si realizzano tra gli stadi larvali e tra gli stadi larvali e quello pupale mentre l'insetto adulto, nè cresce nè muta. Processi così complessi richiedono una precisa alterazione ormonale. Durante la muta i tessuti sono stimolati da un ormone steroideo detto ecdisone secreto dalle ghiandole endocrine. Queste ghiandole, a loro volta, sono regolate da cellule neurosecretrici i cui corpi cellulari sono localizzati in una parte del cervello degli insetti. In particolare, la muta e la metamorfosi sono controllate dall'interazione dei due ormoni l'ecdisone detto anche ormone della muta e l'ormone giovanile; Tali ormoni hanno una struttura assai differente tra loro. L'ecdisone è un polipeptide, prodotto da cellule neurosecretrici del cervello, che viene rilasciato a intervalli regolari durante la crescita giovanile ed agisce direttamente a livello cromosomico. La sua azione viene contrastata dall'ormone giovanile, che favorisce lo sviluppo di caratteristiche giovanili. Durante gli stadi giovanili predomina l'ormone giovanile e il risultato di una muta è l'insorgenza di un organismo giovanile di dimensioni sempre maggiori. Infine, il rilascio di ormone giovanile diminuisce e si verifica l'ultima muta giovanile, che porta all'organismo adulto. 6 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co) - C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.it