LA SEGNALAZIONE CELLULARE

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1 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.

2 SISTEMI DI COMUNICAZIONE

3 Diverse modalita` di segnali ormonali ENDOCRINA PARACRINA NEURONICA CONTATTO-DIPENDENTE

4 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.

5 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

6 DIVERSI TIPI DI SEGNALAZIONE

7 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

8 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

9 Perchè le cellule devono rispondere a dei segnali?

10 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).

11 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

12 SISTEMA IPOFISI-IPOTALAMO

13 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.

14 PRINCIPALI ORGANI ENDOCRINI IPOFISI TIROIDE TIMO PARATIROIDI PANCREAS ENDOCRINO GHIANDOLE SURRENALI OVAIE E PLACENTA PER LE DONNE TESTICOLI PER GLI UOMINI

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19 NATURA CHIMICA DEGLI ORMONI

20 MECCANISMI DI CONTROLLO DEGLI ORMONI

21 FEROROMONI

22 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.

23 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)

24 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

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26 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-

27 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

28 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

29 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.

30 REGOLAZIONE DELLA PRODUZIONE DI TESTOSTERONE

31 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).

32 ORMONI E CICLO DELLA DONNA

33 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

34 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

35 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 Alberts et al., L ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2005

36 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

37 Altre molecole segnale Neurotrasmettitori (acetilcolina, dopamina, endorfine ecc) Fattori di crescita (NGF, EGF ecc) Citochine Ossido di azoto (NO)

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