L’intero sistema endocrino: ipotalamo, adenoipofisi, ormoni e trasduzione del segnale

Benvenuta/o in una nuova dispensa Pro-Med! Oggi parliamo di ormoni, di sistema endocrino e di tutto quello che devi sapere di questo argomento. Metti in pausa tutto e preparati a leggere una delle dispense più complete del web.

Il sistema endocrino è formato da organi ghiandolari e da singole cellule che, producendo ormoni, sono in grado di regolare le principali attività del nostro organismo. Per capire la fondamentale importanza di questo sistema, basti pensare che la sua funzione non è molto diversa da quella del sistema nervoso (tanto che oggi si parla di sistema neuroendocrino). Entrambi, infatti, permettono all’organismo di rispondere in maniera adeguata agli stimoli ambientali, regolando il metabolismo, l’omeostasi,  i ritmi circadiani, solo per fare degli esempi.

Il sistema endocrino, però,  rispetto al nervoso, ha la fondamentale caratteristica di garantire risposte più lente e durature nel tempo.

Questo compito può essere svolto grazie agli ormoni.

L’ormone (dal greco “stimolare”) è una sostanza endogena di varia natura chimica, secreta da  nel sangue da cellule e organi endocrini, in seguito a stimolazione. Una volta in circolo,  viene captato dai recettori, che si trovano nelle cellule dell’organo bersaglio. Fondamentale per un ormone sono:

  • Specificità: proprietà di legarsi esclusivamente al proprio recettore
  • Alta affinità: capacità di generare una risposta cellulare anche se presente in piccole concentrazioni

    Grafica presa da pubblicapianoro.it

Occupiamoci innanzitutto della natura chimica dell’ormone. Si distinguono:

Ormoni steroidei: sono liposolubili, quindi si sciolgono nei lipidi ma non in acqua, e per questo possono attraversare la membrana citoplasmatica formata da fosfolipidi. Sono sintetizzati a partire dal colesterolo e si trovano in circolo associati a proteine di trasporto (es. albumina).

Ormoni non steroidei: sono idrosolubili, quindi si sciolgono in acqua, ma non nel lipidi; non attraversano la membrana citoplasmatica. Possono essere peptidici, aminici e derivati dall’acido arachidonico (sono le prostaglandine, che hanno molte funzioni a livello tissutali, per cui non sono univocamente considerate veri e propri ormoni). Gli ormoni peptidici si formano a partire da precursori inattivi. Infatti:

  • dalla traduzione dell’mRNA si forma il preproormone;
  • questo nel Reticolo Endoplasmatico subisce un taglio proteolitico che lo rende proormone;
  • il proormone passa nel Golgi
  • viene racchiuso in vescicole insieme a vescicole proteolitiche che all’arrivo dello stimolo scindono il proormone, da cui risulta l’ormone, che viene esocitato.

Che gran casino, eh?

A questo punto passiamo ad occuparci del meccanismo d’azione degli ormoni.  Distinguiamo:

  • Azione endocrina: è la modalità classica; l’ormone rilasciato nel sangue si lega al suo recettore cellulare instaurando la risposta della cellula
  • Azione paracrina: l’ormone diffonde nel liquido interstiziale inducendo la risposta delle cellule vicine a quella che lo ha secreto
  • Azione autocrina: l’ormone agisce sulla stessa cellula che lo ha secreto

Una volta arrivato alla cellula l’ormone si comporterà diversamente a seconda che sia steroideo o non steroideo.

Come abbiamo già visto, gli ormoni steroidei possono attraversare la membrana citoplasmatica e quindi il loro recettore si troverà all’interno della cellula, nel citosol. Dopo il legame con il recettore, il complesso ormone-recettore attraversa il citosol ed entra nel nucleo cellulare.

In questa sede il complesso va ad influenzare direttamente la trascrizione del DNA, in modo da ottenere l’effetto per cui l’ormone è stato secreto. In particolare, il recettore funziona da fattore di trascrizione permettendo la trascrizione dei geni codificanti per le proteine utili al raggiungimento dello scopo.

I principali ormoni steroidei del nostro organismo sono prodotti dalla corticale del surrene e dalle gonadi e sono gli ormoni sessuali (estrogeni, progesterone, testosterone, prodotti da gonadi ma in misura minore anche dai surreni), i glucocorticoidi (cortisolo e cortisone, prodotti dai surreni) e i mineralcorticoidi (aldosterone, prodotti dai surreni).

Per quanto riguarda gli ormoni non steroidei il meccanismo è reso più complesso dal fatto che non possono attraversare la membrana cellulare e dirigersi direttamente al nucleo. Per svolgere la loro azione questi ormoni si legano ad un recettore di membrana. Il  legame attiva la trasduzione del segnale, cioè una cascata di reazioni che ha come scopo finale la trascrizione di geni per le proteine adatte allo scopo (come per gli ormoni steroidei).

Fanno eccezione gli ormoni tiroidei, che hanno una parte apolare e una polare e quindi possono attraversare sia la membrana citoplasmatica che il citosol senza legarsi ad un recettore, per influenzare direttamente la trascrizione nucleare.

I principali ormoni non steroidei peptidici sono quelli pancreatici (insulina, glucagone, polipeptide pancreatico), quelli ipofisari (ossitocina, vasopressina, TSH,GH, FSH, LH, ACTH, prolattina) e ipotalamici. Gli ormoni non steroidei aminici (che quindi non possiamo classificare come peptidici o steroidei, ma semplicemente come “a derivazione amminoacidica”) sono quelli tiroidei (T3, T4) e le catecolamine surrenali (adrenalina e noradrenalina).

La trasduzione del segnale.

Abbiamo visto che gli ormoni steroidei si legano ad un recettore intracellulare e formano il complesso ormone-recettore che influenza direttamente la trascrizione di DNA.

Gli ormoni non steroidei peptidici, invece, si legano ad un recettore di membrana, che attiva una cascata (cioè una sequenza) di reazioni intracellulari per poi attivare fattori di trascrizione nucleari. Il meccanismo biochimico che permette la conversione del segnale extracellulare (in questo caso ormonale, ma vale lo stesso per i neurotrasmettitori) in un messaggio intracellulare è chiamato trasduzione del segnale.     

Per trasdurre il segnale sono necessari:

  • Primo messaggero = è la molecola capace di portare il segnale, in questo caso l’ormone peptidico
  • Recettore di membrana = è una proteina in genere formata da più subunità, che presenta un dominio recettoriale (versante extracellulare), uno transmembrana e un dominio effettore (versante intracellulare) che innesca la risposta cellulare. I recettori ormonali più importanti sono:
  • recettori associati a proteine G: hanno 7 passi transmembrana, cioè attraversano la membrana cellulare per 7 volte. Il versante intracellulare del recettore è in rapporto con le proteine G, formate da tre subunità. Le proteine G sono delle GTPasi, quindi nella loro forma inattiva legano GDP, ma sono in grado di scambiarlo con GDP in seguito alla loro attivazione. In particolare, quando il recettore lega l’ormone, la subunità alfa della proteina G subisce un cambio conformazionale, si attiva e quindi scambia GDP con GTP. A questo punto intervengono anche le altre due subunità, che vanno ad attivare l’enzima effettore
  • recettori tirosin-chinasici: hanno residui tirosinici nel loro dominio effettore. Quando il recettore lega l’ormone, i residui tirosinici si autofosforilano e questo richiama alcune proteine del citosol, che a loro volta si fosforilano. Il processo porta all’attivazione dell’enzima effettore. Appartiene a questa famiglia il recettore per l’insulina
  • Enzima effettore = è l’enzima che catalizza la formazione del secondo messaggero (es. adenilato ciclasi e fosfolipasi C).
  • Fattori di trascrizione = sono le proteine attivate dal secondo messaggero. In sede nucleare, vanno a trascrivere i geni per la sintesi delle proteine utili allo scopo per cui l’ormone è stato secreto

Ho lasciato per ultimo forse l’elemento più importante, anche se tutti quelli che abbiamo visto fino ad ora sono fondamentali per la trasduzione del segnale.

Il secondo messaggero.

E’ una molecola di varia natura chimica, che innesca una cascata di reazioni al fine di attivare fattori di trascrizione nucleare. Il secondo messaggero è in grado di amplificare le risposta, perché, anche se presente in piccole concentrazioni, permette di influenzare fortemente la trascrizione del DNA, il che è fondamentale per evocare la risposta cellulare. 

I principali secondi messaggeri sono:

  • cAMP = AMP ciclico. E’ ottenuto grazie all’enzima adenilato ciclasi, che ciclizza l’AMP (lo chiude ad anello). Il cAMP va quindi ad attivare la proteinchinasi A, che attiva (fosforila) altre proteine e infine i fattori di trascrizione. Il cAMP è usato come secondo messaggero da glucagone e ACTH, per
    Grafica presa da medicinapertutti.it

    esempio.

  • IP3 = inositolo trifosfato e DAG = diacilglicerolo. Sono ottenuti grazie all’enzima fosfolipasi C, che scinde un fosfolipide di membrana (il fosfatidilinositolo) in DAG e IP3. L’IP3 promuove la liberazione di ioni calcio dal Reticolo Endoplasmatico Liscio. Il DAG insieme agli ioni calcio attiva l’enzima proteinchinasi C che fosforila le proteine bersaglio.

I meccanismi di feedback positivo e negativo.

A questo punto, dobbiamo sapere che i livelli di ormoni secreti e circolanti sono strettamente controllati, alla luce delle importantissime funzioni che mediano. Un modo automatico per regolare i livelli ormonali è il feedback negativo: la risposta della cellula su cui ha agito l’ormone, comprende anche l’inibizione delle cellule endocrine che secernono l’ormone stesso.

In sostanza, più  l’ormone è presente e agisce sulle cellule, meno verrà prodotto. Sono più rari i meccanismi di feedback positivo, in cui più l’ormone è presente più sarà secreto (funziona così l’estradiolo, un estrogeno). Il sistema endocrino  però è sottoposto anche al controllo centrale dell’ipotalamo e dell’ipofisi.

Asse ipotalamo-ipofisi.

L’ipotalamo è una struttura cerebrale collegata tramite un peduncolo all’ipofisi. Nell’ipotalamo si trovano cellule neuroendocrine, che secernono questi ormoni peptidici:

  • ADH = ormone antidiuretico o vasopressina: è un “classico” ormone ad azione endocrina che viene secreto nei vasi della neuroipofisi ed entra quindi in circolo. Agisce sul rene e sui dotti delle ghiandole salivari promuovendo il riassorbimento di acqua. E’ molto importante per l’omeostasi dei fluidi corporei
  • Ossitocina: come l’ADH è secreto nei vasi della neuroipofisi. Stimola la contrazione delle fibre muscolari dell’utero durante il parto e la secrezione della ghiandola mammaria nell’allattamento
  • Ormoni di rilascio: vengono rilasciati nei vasi che si portano all’adenoipofisi, dove controllano la secrezione e il rilascio degli ormoni ipofisari. L’ipotalamo essendo al centro dell’encefalo, riceve moltissimi tipi di informazioni. In base a queste provvede a regolare la secrezione delle ghiandole endocrine, in modo che i livelli ormonali siano sempre sotto controllo. Gli intermediari di cui si serve per fare ciò sono appunto gli ormoni di rilascio

L’ipofisi è divisa in una parte posteriore, la neuroipofisi, e una anteriore, l’adenoipofisi.

La neuroipofisi, come abbiamo visto, permette all’ipotalamo di rilasciare in circolo l’ADH e l’ossitocina.

Grafica presa da attivazionibiologiche.it

L’adenoipofisi invece ha funzione endocrina, in quanto secerne ormoni peptidici che giungono in circolo. Gli organi bersaglio degli ormoni dell’adenoipofisi sono gli altri principali organi endocrini: il loro ruolo è infatti quello di regolarne la secrezione.

Non dimentichiamo, che a sua volta la secrezione dell’adenoipofisi  è posta sotto il controllo degli ormoni di rilascio ipotalamici (oltre che dei meccanismi di feedback). Si parla, quindi, di asse ipotalamo-ipofisario, per questo doppio punto di controllo costituito dall’ipotalamo e dall’adenoipofisi.

L’adenoipofisi e i suoi ormoni.

Gli ormoni principali secreti  dall’adenoipofisi sono:

  • TSH = ormone tireotropo o tireotropina

Regola la secrezione della ghiandola tiroide.

  • ACTH = ormone adrenocorticotropo o corticotropina

Regola la secrezione della corticale del surrene.

  • FSH = ormone follicolo-stimolante

Agisce sull’ovaio stimolando la maturazione dei follicoli e il rilascio di estrogeni; agisce sul testicolo contribuendo alla maturazione.

  • LH = ormone luteinizzante

Agisce sull’ovaio contribuendo all’ovulazione, alla formazione del corpo luteo e alla secrezione di progesterone; nel testicolo promuove la secrezione di testosterone.

  • GH = ormone della crescita o somatotropo

Agisce sul tessuto adiposo, sulle ossa e sui muscoli regolando l’accrescimento corporeo.

  • Prolattina = favorisce lo sviluppo della ghiandola mammaria nella gravidanza e la produzione di latte.

Gli organi endocrini.

Oltre all’ipotalamo e all’ipofisi, gli organi endocrini (strutture ghiandolari deputate alla produzione e secrezioni di ormoni) comprendono la tiroide, le paratiroidi, il surrene, l’epifisi.

La Tiroide è posta nel collo. Produce:

  • T4 (tetraiodotironina o tiroxina) e T3 (triiodotironina): ormoni peptidici per il controllo del metabolismo e dell’accrescimento corporeo
  • Calcitonina: ormone peptidico che abbassa i livelli di calcio in circolo (ipocalcemizzante), favorendo, ad esempio, la deposizione di calcio nelle ossa

Le Paratiroidi sono 4 piccole strutture poste nella parete posteriore della tiroide. Producono paratormone, un ormone peptidico, che innalza la calcemia (ipercalcemizzante), favorendo il riassorbimento osseo (azione degli osteoclasti) e l’assorbimento intestinale di calcio.

I Surreni o ghiandole surrenali sono posti al di sopra dei reni. Presentano una zona corticale (esterna) che produce ormoni steroidei:

  • Mineralcorticoidi come l’aldosterone. Regolano l’omeostasi dei sali minerali agendo a livello renale (vedi sistema renina-angiotensina-aldosterone )
  • Glucocorticoidi come il cortisolo e il cortisone. Regolano il metabolismo glucidico, ma anche lipidico e proteico. Inoltre sono secreti in risposta allo stress e hanno un ruolo nell’inibizione dell’infiammazione e della risposta immunitaria (per questo sono utilizzati anche come farmaci)
  • Ormoni sessuali, in particolare androgeni (come il DHA)
Grafica presa da medicinaonline.co

La zona midollare produce ormoni amminici (le catecolammine) adrenalina e noradrenalina coinvolte nella risposta allo stress e utilizzate come neurotrasmettitori dal sistema nervoso autonomo.

L’Epifisi o ghiandola pineale, è una ghiandola neuroendocrina di pertinenza encefalica. Produce l’ormone melatonina, responsabile del mantenimento dei ritmi circadiani e del ciclo ovarico. Per fare questo agisce sull’ipotalamo, che secerne gli ormoni in funzione di questi stimoli.

Le Gonadi possono essere considerate organi endocrini perché producono gli ormoni sessuali steroidei:

  • Estrogeni e progesterone: prodotti nell’ovaio dalle cellule della granulosa e alla teca interna.  Regolano il ciclo ovarico e mestruale
  • Androgeni come il testosterone: prodotti nel testicolo dalle cellule del Leydig per l’espressione dei caratteri maschili e per la maturazione degli spermatogoni

Il Pancreas ha funzione endocrina in quanto presente le isole di Langerhans, dei raggruppamenti di cellule endocrine che secernono gli ormoni peptidici:

  • Insulina (cellule beta): è il principale ormone ipoglicemizzante, quindi abbassa il livello di glucosio in circolo favorendone l’assorbimento da parte della cellula, l’utilizzo per la sintesi di glicogeno e lipidi
  • Glucagone (cellule alfa): è il principale ormone iperglicemizzante, promuove la glicogenolisi e la conversione di amminoacidi in glucosio
  • Polipeptide pancreatico (cellule PP)

Infine, citiamo i principali organi che contengono cellule endocrine. Tenete comunque presente che, con l’avanzamento della ricerca, sta emergendo sempre di più come la maggior parte degli organi del nostro organismo, ad esempio lo stomaco, l’intestino, le vie aeree, presentano cellule endocrine in grado di produrre ormoni.

E’ stato un piacere,

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