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Unità 13 Il sistema endocrino

Unità 13 Il sistema endocrino

Obiettivi

Comprendere il ruolo del sistema endocrino nel controllo dell’organismo

Capire le relazioni tra sistema endocrino e sistema nervoso

Saper distinguere i principali meccanismi d’azione degli ormoni

Conoscere le principali ghiandole endocrine e gli ormoni da esse prodotti

Comprendere il ruolo svolto da alcuni ormoni nel controllo dell’omeostasi

3

Prova di competenza – Minacce ormonali

Perché molte sostanze inquinanti interferiscono con il normale sviluppo sessuale di molti animali?

Lezione 1

LA REGOLAZIONE MEDIANTE MESSAGGERI CHIMICI

4

13.1 I messaggeri chimici coordinano le diverse funzioni dell’organismo

Il sistema endocrino e il sistema nervoso

– Sono i principali sistemi di comunicazione interna dell’organismo

Il sistema endocrino

– Utilizza messaggeri chimici che raggiungono le proprie cellule bersaglio attraverso la circolazione sanguigna

– Coordina risposte lente ma durature

Il sistema nervoso

– Trasmette impulsi elettrici attraverso le cellule nervose

– Risposta rapida e di breve durata

5


Ormoni

– Sono messaggeri chimici del sistema endocrino

– Molecole segnale

– Si spostano nel sistema circolatorio

– Trasmettono messaggi di regolazione a organi e tessuti

– Sono secreti da

– Ghiandole endocrine

– Cellule neurosecretrici

6

Vescicole secretrici

Cellula bersaglio

Vaso sanguigno

Molecole di ormone

Cellula endocrina

7


I neurostrasmettitori

– Alcune molecole funzionano come ormoni nel sistema endocrino e come neurotrasmettitori nel sistema nervoso

– Nel sistema nervoso trasportano l’informazione da una cellula nervosa a un’altra (nervosa o di diverso tipo) adiacente

– Raggiunta l’estremità di una cellula nervosa, l’impulso nervoso stimola la secrezione di neurotrasmettitori che, a differenza degli ormoni, non vengono trasportati dal sangue

8

Molecole di neurotrasmettitore

Cellula nervosa

Cellula nervosa

Impulsi nervosi

9


Le cellule neurosecretrici

– Sono cellule specializzate del sistema nervoso che svolgono le funzioni tipiche del sistema nervoso e di quello endocrino

– Trasmettono impulsi nervosi e, come le cellule endocrine, rilasciano anche ormoni nel sangue

10

Molecole di ormone

Cellula bersaglio

Vaso sanguigno

Cellula neurosecretrice

11


STEP BY STEP

In che modo, di solito, gli ormoni si spostano da una ghiandola endocrina alla loro cellula bersaglio?

12

13.2 Gli ormoni agiscono sulle cellule bersaglio tramite due meccanismi principali

La segnalazione da parte degli ormoni richiede tre passaggi

– Ricezione del segnale

– Trasduzione del segnale

– Risposta

13


Gli ormoni idrosolubili

Sono proteine o peptidi (da 3 a 30 amminoacidi

Agiscono tramite recettori incorporati nella membrana della cellula bersaglio che presentano porzioni sporgenti verso l’esterno

- L’ormone si lega al recettore, attivandolo

- Il legame attiva, in sequenza, diversi ripetitori proteici (trasduzione del segnale)

- L’ultimo ripetitore attiva una proteina effettrice

14

Membrana plasmatica

Proteina recettore

Cellula

bersaglio

Ormone

idrosolubile

(adrenalina) 1

15

Membrana plasmatica

Proteina recettore

Cellula

bersaglio

Ormone

idrosolubile

(adrenalina) 1

2

Trasuzione del segnale Ripetitori

proteici

16

Membrana plasmatica

Proteina recettore

Cellula

bersaglio

Ormone

idrosolubile

(adrenalina) 1

2

Trasuzione del segnale Ripetitori

proteici

Glicogeno Glucosio

Risposta della cellula (in questo esempio:la demolizione del glicogeno)

3

17


Gli ormoni steroidei

Sono lipidi sintetizzati a partire dal colesterolo

Idrofobi e liposolubili, possono diffondere attraverso la membrana fosfolipidica delle cellule

Legano il proprio recettore direttamente nel nucleo o nel citoplasma della cellula bersaglio

Il complesso ormone-recettore si lega a specifici siti del DNA e attiva la trascrizione di specifici geni inducendo la sintesi di determinate proteine

18

Nucleo

Ormone

liposolubile

(testosterone) 1

Cellula bersaglio

19

Ormone

liposolubile

(testosterone) 1

Cellula bersaglio

Nucleo

Recetore proteico

2

20

Ormone

liposolubile

(testosterone) 1

Cellula bersaglio

Nucleo

Recetore proteico

2

DNA

Complesso ormone- recettore

3

21

Ormone

liposolubile

(testosterone) 1

Cellula bersaglio

Nucleo

Recetore proteico

2

DNA

Complesso ormone- recettore

3

mRNA Trascrizione

Nuova proteina

Risposta della cellula: attivazione di un gene e sintesi

di una nuova proteina

4

22


STEP BY STEP

Quali sono le principali differenze nel meccanismo d’azione degli ormoni idrosolubili e liposolubili?

23

Lezione 2

IL SISTEMA ENDOCRINO DEI VERTEBRATI

24

13.3 Il sistema endocrino dei vertebrati comprende molti organi che secernono ormoni

Delle molte ghiandole che compongono il sistema endocrino dei vertebrati, soltanto alcune, come la tiroide e l’ipofisi, svolgono una funzione esclusivamente endocrina

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Ipotalamo

Paratiroidi

Epifisi

Ipofisi

Tiroide

Timo

Ghiandole surrenali

Pancreas

Ovaia (nella femmina)

Testicolo (nel maschio)

26


Gli ormoni possiedono un’ampia varietà di bersagli

– Gli ormoni sessuali, che promuovono lo sviluppo delle caratteristiche sessuali maschili e femminili, agiscono sulla maggior parte dei tessuti dell’organismo

– Altri ormoni, come il glucagone, hanno come bersaglio soltanto pochi tipi di cellule

– Alcuni ormoni attivano altre ghiandole endocrine: l’ipofisi, per esempio, produce l’ormone tireotropo, che stimola l’attività della tiroide

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L’epifisi (o ghiandola pineale)

– È una piccola massa di tessuto delle dimensioni di un pisello localizzata al centro dell’encefalo

– Sintetizza e rilascia melatonina, un ormone in grado di regolare i ritmi biologici

Il timo

– È un organo situato sotto lo sterno e ha dimensioni che variano, riducendosi nel corso della vita

– Agisce nell’ambito del sistema immunitario

28


STEP BY STEP

Quali ghiandole secernono ormoni liposolubili tra quelle elencate nella tabella precedente?

32

13.4 L’ipotalamo e l’ipofisi e collegano i sistemi nervoso ed endocrino

L’ipotalamo

– Fa parte dell’encefalo

– Riceve dai nervi informazioni sulle condizioni interne dell’organismo e sull’ambiente esterno

– Risponde inviando opportuni segnali nervosi oppure ormonali che agiscono sull’ipofisi

– Controlla direttamente l’ipofisi, la quale a sua volta produce ormoni che regolano numerose funzioni dell’organismo

33


L’ipofisi si compone di due parti distinte

– Lobo posteriore (neuroipofisi): è formato da tessuto nervoso e rappresenta un’estensione dell’ipotalamo

– Immagazzina e secerne due ormoni prodotti dall’ipotalamo

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– Lobo anteriore (adenoipofisi): è formato da cellule endocrine che sintetizzano e secernono direttamente nel sangue numerosi ormoni molti dei quali controllano l’attività di altre ghiandole

– L’ipotalamo controlla l’adenoipofisi riversando due tipi di ormoni

– Gli ormoni di rilascio stimolano l’adenoipofisi a secernere ormoni Gli ormoni di inibizione la inducono ad arrestare la secrezione

35

Cervello

Ipotalamo

Neuroipofisi

Adenoipofisi

(Osso)

36


Un gruppo di cellule neurosecretrici, che partono dall’ipotalamo e arrivano alla neuroipofisi, sintetizza e rilascia due ormoni:

– Ossitocina: induce la muscolatura dell’utero a contrarsi durante il parto e le ghiandole mammarie a produrre latte durante l’allattamento

– Ormone antidiuretico (ADH): controlla il riassorbimento di acqua da parte delle cellule dei tubuli renali

37

Ipotalamo

Neuroipofisi

Adenoipofisi

Ormone Cellula neurosecretrice

Vaso sanguigno

Ossitocina ADH

Tubuli renali Muscolatura dell’utero e ghiandole mammarie

38


Un secondo gruppo di cellule è responsabile della produzione di ormoni di rilascio e inibizione

Come risposta risposta l’adenoipofisi sintetizza e rilascia:

– Ormone tireotropo (TSH)

– Ormone adrenocorticotropo (ACTH)

– Ormone follicolostimolante (FSH)

– Ormone luteinizzante (LH)

– Prolattina

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Cellule endocrine dell’adenoipofisi

Ormoni dell’adenoipofisi

Ormoni di rilascio

prodotti dall’ipotalamo

Cellula neurosecretoria

Vaso

sanguigno

FSH e

LH

TSH ACTH Prolattina

(PRL) Somatotropina

(GH)

Endorfine

Tiroide Corticale

surrenale

Testicoli

e ovaie

Ghiandole

mammarie

(nei mammiferi)

Tutto

il corpo

Recettori

del dolore

nell’encefalo

40


L’ormone della crescita (GH)è uno dei più importanti tra quelli sintetizzati dall’adenoipofisi

- Promuove lo sviluppo e la crescita ti tutte le parti del corpo nei giovani mammiferi

- Nell’età dello sviluppo una sua carenza porta al nansimo, una secrezione eccessiva a gigantismo.

41


Le endorfine sono ormoni sintetizzati dall’adenoipofisi che agiscono come antidolorifici naturali

- Vengono rilasciate quando il fisico compie intensi sforzi o quando stress e dolore raggiungon una soglia critica per l’organismo

42


Attraverso l’ipofisi, l’ipotalamo controlla la ghiandola tiroide

- L’ipotalamo rilascia TRH (ormone di rilascio dell’ormone tireotropo)

- In risposta l’ipofisi produce TSH (ormone tireotropo)

- Stimolata da TSH, la tiroide rilascia tiroxina

- La tiroxina viene convertita in un altro ormone che determina un incremento del tasso metabolico della maggior parte delle cellule

- La concentrazione di tiroxina nel sangue funziona anche da feedback negativo per regolare il rilascio di TRH e TSH

43

TSH

TRH

Ipotalamo

Adenoipofisi

Tiroide

Tiroxina

Inibizione

Inibizione

44


STEP BY STEP

L’alcol etilico inibisce la secrezione di ADH da parte dell’adenoipofisi

Quale sarà l’effetto di questa azione sulla produzione di urina?

45

Lezione 3

ORMONI E OMEOSTASI

46

13.5 La tiroide regola lo sviluppo e il metabolismo

La tiroide è una ghiandola endocrina localizzata negli esseri umani appena sotto la laringe

Produce due ormoni amminici molto simili

– Tiroxina (T4) e triiodotironina (T3)

– Attraverso questi ormoni la tiroide regola

– Procesi di sviluppo

– Metabolismo

– Omestasi degli ormoni tiroidei

– È controllata attraverso un meccanismo a feedback negativo

47


Carenza o eccesso di ormoni tiroidei possono provocare gravi disturbi metabolici

– Ipertiroidismo

– Troppi T4 e T3 nel sangue

– Porta a un aumento della pressione del sangue, perdita di peso, irritabilità, sensibilità al caldo

– La sua forma più comune Graves

– Ipotiroidismo

– Insufficienti T4 e T3 nel sangue

– Bassa pressione sanguigna, aumento di peso, intolleranza al freddo e letargia

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Nessuna inibizione

Carenza di iodio

Nessuna inibizione

Produzione di quantità insufficienti di T4 e T3

Ipotalamo

Adenoipofisi

Tiroide

La tiroide si ingrossa e forma il gozzo

TRH

TSH

50


STEP BY STEP

Attraverso quale meccanismo la tiroxina può indurre la tiroide a interrompere la produzione di altra tiroxina?

51

13.6 Gli ormoni prodotti dalla tiroide e dalle paratiroidi regolano l’omeostasi del calcio

La regolazione della concentrazione del calcio nel sangue è ottenuta grazie all’azione di due ormoni peptidici antagonisti

– Calcitonina, secreta dalla tiroide: abbassa la concentrazione ematica del calcio

– Ormone paratiroideo (PTH), secreto da quattro ghiandole paratiroidi, localizzate sulla superficie della tiroide, fa aumentare la concentrazione ematica del calcio

52

Calcitonina

8 7

6

5

4

3 2

1

9

La tiroide

rilascia

calcitonina

Stimolo:

aumento

del livello

ematico di

ioni Ca2+

La concentrazione di ioni Ca2+ aumenta

Livello di Ca2+

Livello di Ca2+

Omeostasi:

normale livello ematico del calcio (circa 10 mg/100 ml)

Stimolo:

diminuzione

del livello

ematico di

Ioni Ca2+

(squilibrio)

Diminuisce la conentrazione

di ioni Ca2+ nel sangue

Stimola il

deposito

di ioni Ca2+ nelle ossa

Riduce

l’assorbimeno

di ioniCa2+ nei reni

PTH

Stimola il irlascio

di ioni Ca2+ dalle ossa

Aumenta l’assorbimento

di ioni Ca2+ nell’intestino

Vitamina D attiva

Aumenta l’assorbimento di ioni Ca2+ nei reni

Le ghiandole

paratiroidi rilasciano

l’ormone paratiroideo

Ghiandola

paratiroide

53

5

4

3 2

1

Blood Ca2+ rises

Livello di Ca2+

Livello diCa2+

Omeostasi:


Stimolo:

diminuzione

del livello

ematico di

Ioni Ca2+

(squilibrio)

PTH

Stimola il irlascio

di ioni Ca2+ dalle ossa

Aumenta l’assorbimento

di ioni Ca2+ nell’intestino

Vitamina D attiva

Aumenta l’assorbimento di ioni Ca2+ nei reni

Le ghiandole

paratiroidi

rilasciano l’ormone

paratiroideo

Ghiandola

paratiroide

La concentrazione di ioni Ca2+ aumenta

54

Calcitonina

8 7

6

9

La tiroide

rilascia

calcitonina

Stimolo:

aumento

del livello

ematico di

ioni Ca2+

Livello di Ca2+

Livello di Ca2+

Omeostasi:


Stimola il

deposito

di ioni Ca2+

nelle ossa

Riduce

l’assorbimeno

di ioni Ca2+

nei reni

Diminuisce

la conentrazione

di ioni Ca2+ nel sangue

55

13.6 Gli ormoni prodotti dalla tiroide e dalle paratiroidi regolano l’omeostasi del calcio

STEP BY STEP

Quali sono i principali organi bersaglio degli ormoni coinvolti nell’omeostasi del calcio?

56

13.7 Gli ormoni prodotti dal pancreas regolano il livello di glucosio nel sangue

Il pancreas produce due ormoni proteici antagonisti che regolano il livello di glucosio nel sangue

– Insulina: prodotta dalla cellule beta, nelle isole di Langerhans, segnala alle cellule di prelevare glucosio dalla circolazione sanguigna per utilizzarlo come fonte di energia o immagazzinarlo sotto forma di glicogeno

– Glucagone: prodotto dalle cellule alfa, nelle isole di Langerhans, mobilita le riserve energetiche delle cellule per aumentare la concentrazione di glucosio nel sangue

57

Insulina

4 Le cellule beta

del pancreas sono

stimolate a rilasciare

insulina nel sangue

Livello del glucosio

Omeostasi: normale livello ematico di glucosio

(circa 90 mg/100 ml)


Glucagone

Basso livello ematico di glucosio

Le cellule

del corpo

assorbono

più glucosio

Il livello ematico

di glucosio scende fino

al punto critico e riduce

lo stimolo a rilasciare

insulina

Il fegato

preleva glucosio

e lo immagazzina

come glicogeno

Le cellule

alfa del pancreas

sono stimolate

a rilasciare glucagone

nel sangue

Stimolo: diminuzione

del livello ematico di

glucosio (per esempio

dopo aver saltato

un pasto)

Stimolo: aumento

del livello ematico

di glucosio

(per esempio dopo

un pasto molto

ricco di carboidrati)

Il livello ematico

di glucosio sale fino


lo stimolo per il rilascio

di glucagone

Il fegato

demolisce

il glicogeno

rilasciando glucosio

nel sangue

7

6

1

2

5

8

3

Alto livello

ematico

di glucosio

58

Insulina

4

Le cellule beta

del pancreas sono

stimolate a rilasciare

insulina nel sangue





Alto livello

ematico

di glucosio

Le cellule

del corpo

assorbono

più glucosio

Il livello ematico

di glucosio scende fino


lo stimolo a rilasciare

insulina

Il fegato

preleva glucosio

e lo immagazzina

come glicogeno

Stimolo: aumento

del livello ematico

di glucosio

(per esempio dopo

un pasto molto

ricco di carboidrati)

1

2

3

59





Glucagone

Basso livello ematico di glucosio

Le cellule

alfa del pancreas

sono stimolate

a rilasciare glucagone

nel sangue

Stimolo: diminuzione

del livello ematico di

glucosio

(per esempio dopo

aver saltato un pasto)

Il livello ematico

di glucosio sale fino


lo stimolo per il rilascio

di glucagone

Il fegato

demolisce

il glicogeno

rilasciando glucosio

nel sangue

7

6

5

8

60

13.7 Gli ormoni prodotti dal pancreas regolano il livello di glucosio nel sangue

STEP BY STEP

Perché possiamo affermare che la relazione tra insulina e glucagone è simile a quella tra calcitonina e PTH?

61

Se il sangue è troppo dolce

Nei paesi occidentali il principale responsabile del diabete mellito è uno stile di vita caratterizzato da scarsa attività fisica e consumo di cibi ipercalorici

62

COLLEGAMENTO salute

Il diabete mellito è una grave patologia endocrina caratterizzata dal fatto che le cellule dell’organismo non riescono ad assorbire correttamente il glucosio contenuto nel sangue

– Può essere causato da due condizioni:

– La concentrazione di insulina nel sangue non è sufficiente

– Le cellule del corpo non sono in grado di rispondere all’azione dell’insulina

– Soltanto in Europa colpisce 30 milioni di persone

64

Se il sangue è troppo dolce COLLEGAMENTO salute

Due comuni tipologie di diabete mellito

– Diabete di tipo 1

– Malattia autoimmune: le cellule del sistema immunitario dell’organismo attaccano e distruggono le cellule beta

– Il pancreas non riesce a produrre una quantità sufficiente di insulina e il glucosio si accumula nel sangue

– Diabete di tipo 2:

– Caratterizzato da una carenza di insulina o, dall’incapacità delle cellule bersaglio di reagire in presenza dell’ormone

– Colpisce il 90% circa dei diabetici

– È spesso associato all’obesità e alla scarsa attività fisica

65


Oltre al diabete esistono disturbi che hanno effetti opposti causati dall’iperattività delle cellule beta

Il risultato è un eccesso di insulina nel sangue dopo i pasti e quindi una scarsa concentrazione di glucosio (ipoglicemia)

66


Di recente è stato sintetizzato un nuovo farmaco, l’Insulina Aspart che sembra risolvere alcuni degli effetti collaterali causati dalla somministrazione di insulina

67


13.8 Le ghiandole surrenali attivano le risposte del corpo allo stress

Le ghiandole surrenali sono situate sopra i reni e secernono ormoni che consentono all’organismo di rispondere a condizioni di stress

Ognuna è costituita da due ghiandole fuse insieme

− Una porzione centrale chiamata midollare

− Una porzione periferica chiamata corticale

68


La midollare surrenale produce gli ormoni amminici responsabili della cosiddetta risposta “combatti o fuggi”, una rapida reazione a situazioni di stress

– Adrenalina

– Noradrenalina

L’attivazione della midollare surrenale è guidata tramite impulsi nervosi da cellule dell’ipotalamo

69


La corticale surrenale: secerne ormoni steroidei che inducono una risposta allo stress più lenta, ma più duratura

− Corticosteroidi

− Mineralcorticoidi

− Glicocorticoidi

La corticale surrenale è controllata dall’ipotalamo che, attraverso un ormone di rilascio, induce l’ipofisi a secernere l’ormone adrenocorticotropo (ACTH) il quale attiva la corticale surrenale

70

Ipotalamo

Stress

Ormone di rilascio

Vaso sanguigno

Adenoipofisi

Corticale surrenale

ACTH

Cellula nervosa

Cellula nervosa

Midollare surrenale

3

4

5

2

Impulsi nervosi

Midollare surrenale Ghiandola

surrenale

Corticale surrenale

Rene

Midollo spinale (sezione trasversale))

Adrenalina e noradrenalina

Mineralcorticoidi Glicocorticoidi

Risposta a lungo termine allo stress Risposta rapida allo stress

Mineralocorticidi Glicocorticoidi

1. Ritenzione di ioni

sodio e di acqua

a livello renale

2. Aumento del

volume di sangue

e della pressione

sanguigna

1. Demolizione delle proteine e dei grassi e loro conversione in glucosio, con aumento del livello ematico di glucosio

2. Possibile depressione del sistema immunitario

1. Demolizione del glicogeno; aumento del

livello ematico di glucosio

2. Aumento della pressione sanguigna

3. Aumento del ritmo respiratorio

4. Aumento del tasso metabolico

5. Modificazioni del flusso sanguigno, con

conseguente aumento dello stato di

attenzione e diminuzione dell’attività

digestiva e renale

ACTH

1

71

Ipotalamo

Stress

Ormone di rilascio

Vaso sanguigno

Adenoipofisi

Corticale surrenale

ACTH

Cellula nervosa

Cellula nervosa

Midollare surrenale

3

4

5

2

Nerve signals

Midollare surrenale

Ghiandola surrenale

Corticale surrenale

Rene

Midollo spinale (sezione trasversale)

Adrenalina e

noradrenalina


ACTH

1

Risposta a lungo termine allo stress Risposta rapida allo stress

72

Risposta rapida allo stress

1.Demolizione del glicogeno; aumento del

livello ematico di glucosio

2.Aumento della pressione sanguigna

3.Aumento del ritmo respiratorio

4.Aumento del tasso metabolico

5.Modificazioni del flusso sanguigno, con

conseguente aumento dello stato di

attenzione e diminuzione dell’attività

digestiva e renale

73

Risposta a lungo termine allo stress


1.Ritenzione di ioni

sodio e di acqua

a livello renale

2.Aumento del

volume di sangue

e della pressione

sanguigna

1.Demolizione delle proteine e dei grassi e loro conversione in glucosio, con aumento del livello ematico di glucosio

2.Possibile depressione del sistema immunitario

74


STEP BY STEP

A quali impulsi e stimoli rispondono, rispettivamente, la midollare surrenale e la corticale surrenale?

75

13.9 Le gonadi secernono gli ormoni sessuali

Gli ormoni sessuali sono ormoni steroidei che regolano la crescita e lo sviluppo, i cicli riproduttivi e il comportamento sessuale

– Sono secreti, insieme ai gameti, dalle gonadi

– Tre categorie principali

– Estrogeni

– Progestinici

– Androgeni

76


Gli estrogeni regolano il funzionamento del sistema riproduttore femminile e promuovono lo sviluppo di caratteri tipicamente femminili, come ridotte dimensioni del corpo, tono della voce più acuto, presenza del seno e fianchi larghi

I progestinici, come il progesterone, sono coinvolti nella preparazione dell’utero alla gravidanza e allo sviluppo fetale

77


Gli androgeni regolano lo sviluppo e il mantenimento del sistema riproduttore maschile

L’androgeno principale è il testosterone

78


STEP BY STEP

Come si chiamano le gonadi maschili e femminili negli esseri umani e quali sono i principali ormoni da esse prodotti?

80

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