Riassunti segnali biochimici

Una sottoparte delle comunicazioni è quella tra cellule che hanno il compito di coordinare e trattare le informazioni. Anche le cellule non specializzate comunicano ma alcuni tipi di cellule sono specializzate nel comandare le altre, comunicando informazioni.
A seconda della modalità utilizzata, riconosciamo due categorie che emettono un messaggio che deve essere recepito:

trasmissione neurocrina
trasmissione endocrina

La trasmissione neurocrina è molto più rapida, specifica (cellula x manda messaggio solo alla cellula y). Il numero di cellule bersaglio è ovviamente ridotto. La comunicazione si estingue molto in fretta. La trasmissione neurocrina è adatta per comandi specifici.

La trasmissione endocrina può essere classificata in diversi tipi in base al modo in cui gli ormoni vengono rilasciati e agiscono nel corpo.

Rispetto all’altra modalità, questa è ovviamente più lenta. Il liquido utilizzato è quasi sempre il sangue. Questa trasmissione è specifica perchè la molecola rilasciata (ormone) è specifico.
Il numero di bersagli è più alto, in teoria tutte le cellule del corpo.
La sua azione è prolungata.

Ecco i principali tipi di trasmissione endocrina:

Trasmissione endocrina classica: In questo tipo, gli ormoni vengono secreti direttamente nel flusso sanguigno da ghiandole endocrine e viaggiano verso organi e tessuti distanti, dove esercitano i loro effetti.
Trasmissione paracrina: Gli ormoni vengono secreti da cellule endocrine e agiscono su cellule vicine, senza entrare nel flusso sanguigno. Questo tipo di comunicazione è importante per la regolazione locale delle funzioni cellulari e dei processi fisiologici.
Trasmissione autocrina: In questo caso, le cellule secernono ormoni che agiscono su se stesse. Essa serve principalmente da feedback, per sapere lo stato vitale delle cellule.
Trasmissione neuroendocrina: Questo tipo combina elementi del sistema nervoso e del sistema endocrino. Gli ormoni vengono rilasciati da neuroni nel flusso sanguigno, come nel caso dell'ossitocina e dell'ormone antidiuretico (ADH), che vengono secreti dall'ipotalamo e immagazzinati nella ghiandola pituitaria.

Ci sono anche altre modalità di comunicazione, che sono:

Tunnelling Nanotubes (TNT): I TNT sono estensioni sottili e lunghe delle membrane cellulari che permettono la comunicazione diretta tra cellule adiacenti.
Ponti nanotubulari: I ponti nanotubulari sono strutture simili a TNT che collegano le cellule, permettendo il trasferimento di materiali e segnali.
Nanotubuli cellulari: i nanotubuli sono strutture che possono contribuire al trasporto intracellulare e alla comunicazione tra cellule, fungendo da canali per il passaggio di molecole.
Vescicole extracellulari: Le vescicole extracellulari, incluse le esosomi e le microvescicole, sono porzioni di membrana rilasciate dalle cellule nel loro ambiente.

Caratteristiche generali degli ormoni

Gli ormoni sono molecole di segnalazione che svolgono un ruolo fondamentale nel coordinare le funzioni fisiologiche in un organismo. Vediamo in dettaglio le loro caratteristiche principali.

1. Molecole segnale prodotte dalle cellule endocrine

Gli ormoni sono messaggeri chimici prodotti da cellule endocrine, che sono specializzate nel rilasciare ormoni nel flusso sanguigno.
La funzione principale degli ormoni è quella di trasmettere segnali da una cellula a un’altra o a un gruppo di cellule, per regolare diverse funzioni vitali.

2. Struttura degli ormoni

Gli ormoni possono appartenere a diverse categorie chimiche, ognuna con una struttura molecolare distinta:

Proteine e peptidi: Gli ormoni proteici sono composti da catene di aminoacidi. Questi ormoni sono idrosolubili e, quindi, non possono attraversare facilmente la membrana cellulare, ma si legano a recettori sulla superficie delle cellule bersaglio.
Ammine: Gli ormoni amminici, come l’adrenalina e la noradrenalina, derivano da amminoacidi come la tirosina.
Steroidi: Gli ormoni steroidei (ad esempio, cortisolo, testosterone, estrogeni) derivano dal colesterolo. Questi ormoni sono liposolubili e quindi possono attraversare facilmente la membrana cellulare, legandosi a recettori intracellulari e influenzando direttamente la trascrizione genetica.

3. Classificazione e meccanismo di azione degli ormoni

Gli ormoni possono essere lipofili (solubili nei lipidi) o idrofili (solubili in acqua). Questa distinzione è importante perché determina come vengono trasportati nel sangue e come agiscono sulle cellule:

Ormoni lipofili (es. steroidi, ormoni tiroidei): poiché sono solubili nei lipidi, questi ormoni si legano a proteine di trasporto nel sangue e penetrano facilmente nelle cellule bersaglio per legarsi a recettori intracellulari.
Ormoni idrofili (es. insulina, adrenalina): essendo solubili in acqua, questi ormoni viaggiano liberamente nel sangue e non necessitano di proteine di trasporto. Agiscono legandosi a recettori sulla superficie delle cellule.

4. Proprietà degli ormoni

Concentrazione: Gli ormoni esistono a concentrazioni molto basse, tipicamente nell'ordine dei nanomolari, a differenza delle molecole energetiche che sono presenti in concentrazioni più elevate. È fondamentale che la concentrazione dell'ormone sia sufficiente affinché possa essere riconosciuta dalla cellula bersaglio.
Durata del segnale: Per esercitare la propria funzione in modo efficace, è necessario che il segnale ormonale si attenui rapidamente. Questo permette al canale informazionale di essere "sgombro" e pronto per ricevere nuovi segnali.
Struttura e recettori: Affinché un ormone possa esercitare il suo effetto, deve legarsi a specifici recettori presenti sulla superficie della cellula bersaglio. Questi recettori devono essere in grado di riconoscere l'ormone, subire una modifica conformazionale e generare una risposta biologica. Se un recettore non provoca una risposta, non può essere considerato tale e viene definito "accettore".

Sintesi, rilascio, trasporto ed effetto degli ormoni idrofili

Gli ormoni idrofili sono solubili in acqua e si differenziano da quelli lipofili sia nel loro meccanismo di sintesi che nel loro modo di agire. Approfondiamo questi aspetti.

1. Sintesi degli ormoni idrofili

Gli ormoni idrofili sono generalmente proteine o peptidi, il che significa che vengono prodotti come precursori proteici nel reticolo endoplasmatico rugoso (RER).
La sintesi di questi ormoni inizia con la traduzione del DNA in una catena polipeptidica nel ribosoma. Una volta sintetizzati, gli ormoni vengono successivamente modificati e confezionati nel golgi per essere pronti per il rilascio.
Alcuni ormoni idrofili come l’insulina sono inizialmente sintetizzati come pro-ormoni (forme inattive), che devono essere attivati mediante un processo di scissione proteolitica.

2. Rilascio degli ormoni idrofili

Una volta che gli ormoni idrofili sono sintetizzati, vengono rilasciati dalla cellula mediante esocitosi. Questo processo è mediato da segnali che stimolano l’apertura dei canali di calcio nelle membrane cellulari. L’afflusso di calcio all’interno della cellula induce la fusione delle vescicole contenenti l’ormone con la membrana cellulare, rilasciando l’ormone nel fluido extracellulare e infine nel flusso sanguigno.
Il rilascio può essere stimolato da diversi fattori, come la presenza di un altro ormone, un cambiamento nell’ambiente chimico (come l’aumento del calcio) o segnali nervosi.

3. Trasporto degli ormoni idrofili

Poiché gli ormoni idrofili sono solubili in acqua, possono viaggiare liberamente nel sangue, che è composto principalmente di acqua, senza necessità di legarsi a proteine di trasporto.
Questo significa che una volta rilasciati, gli ormoni idrofili raggiungono rapidamente le loro cellule bersaglio attraverso il flusso sanguigno, dove agiranno per indurre risposte biologiche specifiche.

4. Effetto degli ormoni idrofili

Gli ormoni idrofili non possono attraversare facilmente la membrana cellulare a causa della loro solubilità in acqua, quindi devono legarsi a recettori sulla membrana cellulare.
Quando un ormone si lega a un recettore sulla superficie della cellula bersaglio, innesca una cascata di segnali intracellulari.
Un esempio classico di questo meccanismo è la via del cAMP (adenosina monofosfato ciclico). Quando un ormone come l’adrenalina si lega al suo recettore sulla membrana cellulare, attiva una proteina G che a sua volta stimola l’enzima adenilato ciclasi. Questo enzima converte l’ATP in cAMP, che agisce come un “messaggero secondario” per attivare altre proteine all’interno della cellula, inducendo risposte cellulari come il rilascio di glucosio nel sangue o la contrazione muscolare.

Sintesi ormoni idrofilici

La prima categoria di ormoni comprende quelli che derivano da catene di amminoacidi, noti come peptidi. La sintesi di una proteina inizia nel nucleo della cellula, dove è presente il DNA. All'interno del DNA si trovano i geni, che sono sequenze che forniscono le istruzioni per la costruzione delle proteine.

Un gene è composto da due tipi di sequenze:

Esone: le parti codificanti che vengono utilizzate per formare la proteina.
Introne: le parti non codificanti che vengono rimosse durante il processo di trascrizione.

Oltre a queste, i geni contengono anche regioni non codificanti che giocano un ruolo nella trascrizione.

Il primo passo della trascrizione consiste nella copia sia degli esoni che degli introni. Questo processo è seguito dallo splicing, in cui gli introni vengono rimossi e gli esoni vengono mantenuti. Talvolta, attraverso lo splicing alternativo, possono essere rimossi anche alcuni esoni, producendo una sequenza "alternativa" dello stesso gene, che può inviare messaggi diversi a seconda del tipo di splicing effettuato.

Il risultato finale di questo processo è l'RNA messaggero (mRNA), che contiene solo gli esoni. Una caratteristica distintiva della sintesi proteica degli ormoni è che la sostanza sintetizzata può entrare nel reticolo endoplasmatico e essere secreta dalle cellule.

Le cellule sono immerse in un compartimento liquido e circondate da una membrana lipidica. Anche le strutture esterne alla cellula sono circondate da membrane lipidiche, e queste membrane presentano la stessa limitazione della membrana cellulare: le sostanze idrofiliche non possono entrare spontaneamente.

I peptidi, essendo idrofilici, non possono entrare da soli nelle vescicole. Per permettere a un ormone di uscire dalla cellula, deve essere incapsulato in una vescicola secretoria. Per diventare una vescicola secretoria, il peptide deve essere sintetizzato nel reticolo endoplasmatico ed è necessario un peptide segnale che si aggancia al reticolo endoplasmatico anziché al citoplasma.

Una volta sintetizzata, la proteina viaggia attraverso le cisterne del reticolo endoplasmatico fino a raggiungere una vescicola. Questa è la via attraverso cui gli ormoni e le proteine devono essere rilasciati all'esterno della cellula o sulla sua membrana.

Esistono due vie principali per la secrezione:

Via secretoria costitutiva: questa via è continua e contribuisce a mantenere la struttura della cellula.
Via secretoria regolata: presente solo in alcune cellule specializzate, in questa via le vescicole non si fondono immediatamente con la membrana, ma rimangono nel citoplasma in attesa di un segnale per fondersi.

Utilizzando la microscopia elettronica, è possibile osservare le vescicole secretorie pronte per essere rilasciate al momento opportuno. Queste vescicole appaiono scure a causa della loro densità elettronica, poiché contengono sostanze peptidiche.

Quando arriva il segnale appropriato, la vescicola si fonde con la membrana cellulare e l'ormone viene rilasciato nel liquido interstiziale. Affinché l'ormone sia efficace, deve essere riconosciuto e decodificato dai recettori specifici presenti nelle cellule bersaglio.

Recettori degli Ormoni Peptidici

Gli ormoni peptidici, che possono derivare da catene di amminoacidi, interagiscono con due principali tipi di recettori:

Recettori legati a proteina G (GPCR)
Recettori con attività enzimatica intrinseca (tirosina chinasi)

1. Recettori legati a proteina G (GPCR)

I recettori legati a proteina G costituiscono la classe più rappresentativa di recettori per ormoni peptidici e possiedono una struttura caratterizzata da sette segmenti transmembranali. Questi segmenti attraversano la membrana cellulare sette volte, con porzioni esposte sia all'esterno che all'interno della cellula.

Classificazione: I GPCR possono essere suddivisi in diverse famiglie, ognuna con caratteristiche distintive. Le porzioni esterne di questi recettori riconoscono gli ormoni, mentre le porzioni interne sono coinvolte nella trasduzione del segnale.
Meccanismo di attivazione: Quando un ormone si lega al recettore, questo subisce un cambiamento conformazionale che attiva una proteina G eterotrimerica, composta da tre subunità: α, β e γ. L'attivazione del recettore porta alla dissociazione della subunità α dal complesso β−γ.
Funzione della subunità α: La subunità α, che ha una coda lipofilica, si sposta all'interno della membrana e interagisce con bersagli molecolari, modificando la loro attività. Uno dei bersagli principali è l'adenilato ciclasi, un enzima che converte l'ATP in AMP ciclico, un secondo messaggero.
Altri secondi messaggeri: La proteina G può anche attivare la fosfolipasi C, che genera altri secondi messaggeri come il diacilglicerolo (DAG) e l'inositolo trifosfato (IP3).
Regolazione e autoregolazione: La secrezione degli ormoni e l'attività dei recettori sono soggette a regolazione. I recettori hanno meccanismi di autoregolazione per garantire che i segnali siano appropriati, contribuendo così all'omeostasi.
Desensibilizzazione: Quando un recettore è attivato, si attivano meccanismi che ne limitano la disponibilità per future attivazioni. Questo avviene tramite la fosforilazione, che modifica la conformazione e la funzionalità del recettore. La proteina chinasi A, attivata dall'AMP ciclico, fosforila il recettore, spegnendolo. Un altro meccanismo coinvolge la GAK, che fosforila il recettore in un'altra area, facilitando l'interazione con l'arrestina, una proteina che promuove l'internalizzazione del recettore.

2. Recettori con attività enzimatica intrinseca

Questi recettori, noti anche come recettori tirosina chinasi, non richiedono passaggi intermedi per attivare la loro attività. Sono dimerici, il che significa che due recettori si uniscono per formare un complesso attivo.

Meccanismo di attivazione: Quando i monomeri si uniscono, si verifica un processo di autoattivazione chiamato autofosforilazione. Questo porta alla fosforilazione di bersagli intracellulari, attivando diverse vie di segnalazione.
Velocità e modulabilità: Sebbene questo sistema sia più rapido rispetto ai GPCR, è generalmente meno modulabile.

Ormoni che derivano da singoli amminoacidi

Parliamo di catecolammine, le quali derivano dalla tirosina, un amminoacido.
Questa è formata da un anello fenolico (anello di 6 carboni) a cui è attaccato un gruppo ossidrilico (OH).
La tirosina ha un gruppo ossidrilico e le catecolammine ne aggiungono un secondo.

Tra le catecolammine troviamo: dopamina, adrenalina, noradrenalina. Tutte queste catecolammine formano delle trasmissioni, che sono: adrenergica e dopaminergica.

Sintesi, rilascio, trasporto ed effetto degli ormoni lipofili

Gli ormoni lipofili sono solubili nei lipidi e, quindi, si comportano in modo diverso rispetto agli ormoni idrofili sia nel loro meccanismo di sintesi che nel loro modo di agire. Vediamo più da vicino questi aspetti.

1. Sintesi degli ormoni lipofili

Gli ormoni lipofili, come gli ormoni steroidei (ad esempio il cortisolo, il testosterone, gli estrogeni) e gli ormoni tiroidei (come la tiroxina (T4) e la triiodotironina (T3)), derivano da due principali fonti:

Colesterolo: Gli ormoni steroidei sono sintetizzati a partire dal colesterolo. Questo processo avviene principalmente nelle ghiandole surrenali (per la produzione di cortisolo e aldosterone), nelle gonadi (per la produzione di estrogeni, progesterone e testosterone), e nel fegato. La sintesi coinvolge una serie di enzimi che trasformano il colesterolo in ormoni steroidei.
Tirosina: Gli ormoni tiroidei, come la tiroxina (T4) e la triiodotironina (T3), sono sintetizzati dalla tirosina, un amminoacido. La tiroide lega lo iodio a questo amminoacido per formare gli ormoni tiroidei, che sono cruciali per la regolazione del metabolismo.

2. Rilascio degli ormoni lipofili

Gli ormoni lipofili sono solubili nei lipidi, quindi non necessitano di un meccanismo di esocitosi per essere rilasciati come gli ormoni idrofili. Al contrario, vengono rilasciati per diffusione passiva attraverso la membrana cellulare direttamente nel sangue.
Poiché questi ormoni sono solubili nei lipidi, possono attraversare facilmente le membrane cellulari senza bisogno di trasportatori specializzati.
Essendo sostanze lipofile, gli ormoni steroidei non possono essere accumulati all'interno della cellula. Pertanto, la sintesi e il rilascio di questi ormoni avvengono simultaneamente; non vengono trattenuti dalla membrana cellulare. Questo meccanismo si ripete anche quando gli ormoni steroidei raggiungono le cellule bersaglio.

3. Trasporto degli ormoni lipofili

Una volta nel sangue, gli ormoni lipofili non possono viaggiare liberamente, poiché sono insolubili in acqua. Per questo motivo, si legano a proteine di trasporto, le lipoproteine. Le lipoproteine più conosciute sono le LDL (lipoproteine a bassa densità) e le HDL (lipoproteine ad alta densità), che contengono i lipidi presenti nel nostro organismo e facilitano il loro passaggio nel flusso sanguigno.

4. Effetto degli ormoni lipofili

Poiché gli ormoni lipofili sono solubili nei lipidi, possono attraversare facilmente la membrana cellulare e raggiungere il loro recettore intracellulare, che si trova solitamente nel citoplasma o nel nucleo della cellula.
Una volta legato al recettore, l’ormone-complesso recettoriale può entrare nel nucleo e modulare l’espressione genica, influenzando la trascrizione del DNA e quindi la produzione di proteine. Questo processo di regolazione dell’espressione genica è fondamentale per il controllo di funzioni cellulari a lungo termine, come la crescita cellulare, il metabolismo, e la risposta allo stress.

Gli ormoni lipofili, quindi, agiscono direttamente sulle cellule bersaglio modificando il loro comportamento a livello genico e sono essenziali per regolare processi fisiologici a lungo termine.

Meccanismo di Controllo della Secrezione Ormonale

La secrezione degli ormoni deve essere attentamente controllata, indipendentemente dal tipo di ormone. Molti ormoni seguono ritmi di secrezione specifici, e non solo gli ormoni, ma anche molti altri parametri del nostro corpo presentano ritmicità. In particolare, la ritmicità degli ormoni è spesso circadiana, ovvero si ripete circa ogni 24 ore.

Quasi tutti gli ormoni sono secreti in momenti specifici della giornata. All'interno del cervello, esiste un circuito che regola questa ritmicità. Un elemento chiave di questo circuito è il nucleo soprachiasmatico, situato nell'ipotalamo, che funge da orologio circadiano. Sebbene questo nucleo tenda a seguire un ritmo di circa 25-26 ore, il ciclo di 24 ore è influenzato dalla luce naturale.

Un altro aspetto importante del controllo della secrezione ormonale si basa sull'efficacia dell'ormone stesso. Questo meccanismo è tipicamente descritto come un controllo a catena chiusa. In questo sistema, un sensore rileva un parametro specifico e informa un controllore, che confronta il valore rilevato con un riferimento ideale. Se ci sono discrepanze, viene inviato un segnale di errore a un attuatore, il quale interviene sulla variabile controllata.

Nel contesto biologico, i circuiti di feedback negativo sono distinti in base a cosa viene controllato. In alcuni casi, gli ormoni stessi fungono da variabile controllata, monitorando parametri biologici specifici. Esiste anche un altro tipo di controllo, in cui la quantità di ormone prodotto non è direttamente correlata alla variabile biologica. Questo tipo di controllo è tipico degli assi ipotalamo-ipofisi-bersaglio, dove si verifica una cascata di ormoni.

In questo sistema, l'ormone finale prodotto dal bersaglio inibisce la cascata, riducendo la produzione di ormoni da parte dell'ipotalamo. È importante notare che sono gli ormoni finali a generare l'effetto biologico desiderato.

Controllo e azioni degli ormoni dell’ipofisi posteriore

L’ipofisi posteriore, anche conosciuta come neuroipofisi, è una delle due principali sezioni della ghiandola pituitaria e ha un ruolo fondamentale nel rilascio e nella regolazione di due ormoni principali: l’ossitocina e la vasopressina (nota anche come ADH o ormone antidiuretico). Questi ormoni sono cruciali per vari processi fisiologici, tra cui il controllo della funzione renale e la regolazione delle contrazioni muscolari durante il parto.

1. Produzione degli ormoni nell’ipotalamo

Sebbene l’ipofisi posteriore sia responsabile del rilascio degli ormoni, la produzione di ossitocina e vasopressina avviene nell’ipotalamo. I neuroni dell’ipotalamo sintetizzano questi ormoni, che poi viaggiano lungo i fibra nervose fino all’ipofisi posteriore, dove vengono immagazzinati e rilasciati nel sangue.

2. Rilascio e azione degli ormoni

Ossitocina: Il rilascio di ossitocina è stimolato da segnali fisici come la distensione del collo dell’utero durante il parto, che attiva i recettori nervosi. L’ossitocina induce le contrazioni uterine, facilitando il parto. Inoltre, stimola la lattazione facendo contrarre le cellule muscolari intorno alle ghiandole mammarie, favorendo l’espulsione del latte.
Vasopressina (ADH): Questo ormone regola l’equilibrio idrico del corpo. Quando il corpo è disidratato, l’ipotalamo rileva l’aumento della concentrazione di soluti nel sangue e stimola la secrezione di vasopressina, che agisce sui reni per favorire il riassorbimento dell’acqua e quindi ridurre la produzione di urina. La vasopressina ha anche un effetto vasocostrittore, che può aumentare la pressione sanguigna.

3. Controllo del rilascio

Il rilascio di ossitocina e vasopressina è regolato da meccanismi di feedback:

Ossitocina: Il rilascio di ossitocina è sotto il controllo di un meccanismo di feedback positivo, in cui la distensione del collo dell’utero durante il parto stimola la produzione di ossitocina, che aumenta ulteriormente le contrazioni, favorendo il parto. Un meccanismo simile si verifica durante l’allattamento.
Vasopressina: Il rilascio di vasopressina è regolato principalmente dall’osmolarità del sangue. Quando i livelli di acqua nel corpo sono bassi (alto livello di soluti nel sangue), l’ipotalamo stimola il rilascio di ADH per aumentare il riassorbimento dell’acqua. Quando l’equilibrio idrico viene ripristinato, la produzione di vasopressina diminuisce.

Controllo e azioni degli ormoni dell’ipofisi anteriore

L’ipofisi anteriore, o adenoipofisi, è una ghiandola endocrina cruciale che produce diversi ormoni essenziali per il controllo di funzioni fisiologiche in tutto il corpo. Questi ormoni sono regolati dall’ipotalamo, che secerne ormoni di rilascio o inibitori per stimolare o bloccare la produzione di ormoni nell’ipofisi anteriore. Vediamo quali sono gli ormoni principali prodotti dall’ipofisi anteriore e il loro ruolo.

1. Ormone tirostimolante (TSH)

Funzione: Il TSH stimola la tiroide a produrre e rilasciare gli ormoni tiroidei, principalmente tiroxina (T4) e triiodotironina (T3). Questi ormoni sono fondamentali per il metabolismo, la crescita, e lo sviluppo del sistema nervoso.
Controllo: La produzione di TSH è regolata dall’ormone di rilascio della tireotropina (TRH) prodotto dall’ipotalamo. Un aumento dei livelli di T3 e T4 nel sangue inibisce il rilascio di TSH (feedback negativo).

2. Ormone adrenocorticotropo (ACTH)

Funzione: L’ACTH stimola la corteccia surrenale a produrre ormoni come il cortisolo, che è coinvolto nella risposta allo stress e nel controllo del metabolismo, delle infiammazioni e dell’equilibrio idrico.
Controllo: La produzione di ACTH è regolata dall’ormone di rilascio della corticotropina (CRH) prodotto dall’ipotalamo. Il rilascio di cortisolo inibisce la produzione di ACTH tramite un feedback negativo.

3. Ormone della crescita (GH)

Funzione: Il GH stimola la crescita e la divisione cellulare in vari tessuti, incluse ossa e muscoli. È anche importante per il metabolismo, promuovendo la sintesi proteica e la lipolisi (degradazione dei grassi) e inibendo l’uso del glucosio da parte delle cellule.
Controllo: La secrezione di GH è regolata dal GHRH (ormone di rilascio della crescita) e dalla somatostatina (inibitore della secrezione di GH). L’equilibrio tra questi due ormoni determina la quantità di GH secreta.

4. Ormone follicolo-stimolante (FSH) e ormone luteinizzante (LH)

Funzione: FSH e LH sono ormoni chiave nella regolazione delle funzioni riproduttive:
FSH stimola la maturazione dei follicoli ovarici nelle donne e la spermatogenesi (produzione di spermatozoi) negli uomini.
LH stimola l’ovulazione nelle donne e la produzione di testosterone nei testicoli negli uomini.
Controllo: La secrezione di FSH e LH è regolata dall’ormone di rilascio delle gonadotropine (GnRH) prodotto dall’ipotalamo. I livelli di estrogeni, progesterone (nelle donne) e testosterone (negli uomini) influenzano la secrezione di GnRH tramite feedback negativo.

5. Prolattina (PRL)

Funzione: La prolattina stimola la lattazione nelle donne dopo il parto, favorendo la produzione di latte nelle ghiandole mammarie.
Controllo: La produzione di prolattina è inibita normalmente dalla dopamina che funge da inibitore fisiologico. Durante la gravidanza e subito dopo il parto, la prolattina viene secreta in maggiori quantità per stimolare la produzione di latte.

Controllo della secrezione degli ormoni dell’ipofisi anteriore

La secrezione di ormoni dall’ipofisi anteriore è principalmente controllata dal sistema ipotalamo-ipofisario. L’ipotalamo invia segnali all’ipofisi anteriore tramite ormoni di rilascio (come TRH, CRH, GHRH, GnRH) o ormoni inibitori (come somatostatina e dopamina) attraverso il sistema portale ipofisario, un sistema vascolare che connette l’ipotalamo all’ipofisi anteriore. Questo sistema permette una comunicazione rapida ed efficace tra i due organi.

La retroazione negativa gioca un ruolo cruciale nel mantenimento dell’omeostasi.

Ormoni degli Assi Ipotalamo-Ipofisi-Bersaglio

Nel sistema endocrino, il controllo è esercitato dal sistema nervoso. Partendo dall'encefalo, possiamo riconoscere diverse strutture, tra cui il cervelletto e la corteccia cerebrale. Sotto la corteccia si trovano le strutture diencefaliche, che comprendono il talamo (sopra) e l'ipotalamo (sotto), insieme alle strutture troncoencefaliche, come mesencefalo, ponte e midollo allungato.

Il diencefalo è una struttura relativamente piccola, composta principalmente dal talamo e dall'ipotalamo, e contiene un gruppo di neuroni essenziali per la sopravvivenza. Adiacente all'ipotalamo si trova l'ipofisi, una ghiandola endocrina fondamentale per la regolazione ormonale.

All'interno dell'encefalo, ci sono reticoli che contengono liquido. L'ipotalamo si sviluppa attorno a uno di questi reticoli. La porzione nervosa e quella endocrina dell'ipotalamo sono collegate tramite il peduncolo dell'ipofisi. L'ipofisi è divisa in due parti: l'adenoipofisi (anteriormente) e la neuroipofisi (posteriormente), che presentano differenze significative.

Nell'adenoipofisi si trovano cellule endocrine, mentre nella neuroipofisi ci sono prolungamenti di neuroni che si estendono dall'ipotalamo. Questi neuroni sono noti come trasduttori neuroendocrini, poiché mettono in comunicazione le componenti nervose ed endocrine. A differenza dei neuroni "normali", che inviano i loro prolungamenti alle cellule, i trasduttori neuroendocrini inviano i loro prolungamenti a capillari, rilasciando sostanze direttamente nel sangue e funzionando quindi come ormoni.

Esistono due modalità di trasduzione neuroendocrina: i neuroni magnocellulari e parvocellulari (quest'ultimi sono più piccoli). I neuroni magnocellulari proiettano i loro assoni alla neuroipofisi, mentre i neuroni parvocellulari proiettano i loro assoni all'eminenza mediana nell'ipotalamo.

Il trasduttore neuroendocrino è il neurone che riceve informazioni e invia il suo assone all'ipofisi posteriore, rilasciando l'ormone nei capillari circostanti. I principali ormoni prodotti dalla neuroipofisi sono l'ormone antidiuretico (ADH) e l'ossitocina.

L'ormone antidiuretico ha la funzione di prevenire la diuresi aumentando il riassorbimento dell'acqua nei reni. I reni producono una preurina, ma gran parte di essa viene riassorbita; senza l'azione dell'ADH, circa 12 litri di preurina verrebbero escreti. Pertanto, l'ADH è cruciale per mantenere un volume adeguato di urina.

La secrezione di ormone antidiuretico avviene in risposta a parametri fisiologici specifici. L'ossitocina, d'altra parte, è coinvolta nella contrazione uterina e nella spremitura delle ghiandole mammarie. Recenti studi hanno dimostrato che l'ossitocina influisce anche sull'attività dei circuiti cerebrali dedicati alla socialità, promuovendo comportamenti prosociali e l'apertura verso gli altri.

Barriera ematoencefalica

Le sostanze neurotrasmettitoriali svolgono un duplice ruolo: fungono sia da neurotrasmettitori nel cervello sia da ormoni nel resto del corpo. In questo contesto, un insieme di ormoni nel sangue contiene sostanze che, se presenti nel cervello, verrebbero classificate come neurotrasmettitori.

Se le sostanze presenti nel sangue potessero circolare liberamente nel cervello, gli ormoni periferici si comporterebbero come neurotrasmettitori. Tuttavia, è fondamentale che il sistema nervoso rimanga isolato dal punto di vista chimico per mantenere la sua funzionalità. Questo isolamento è garantito dalla barriera ematoencefalica (BEE), che riveste i capillari del sistema nervoso e impedisce il passaggio di sostanze informazionali, proteggendo il cervello da potenziali interferenze chimiche.

In situazioni di crisi, come durante attacchi di panico o altre condizioni patologiche, la barriera ematoencefalica può subire delle alterazioni, consentendo a sostanze estranee di entrare nel cervello. Questo può portare a confusione mentale e disorientamento.

Per consentire un certo passaggio di sostanze informazionali, esistono delle piccole aperture nella barriera ematoencefalica, note come aree prive di BEE. L'eminenza mediana è un esempio di queste aree, dove il passaggio di sostanze può avvenire più liberamente, facilitando la comunicazione tra il sistema nervoso centrale e il sistema endocrino.

Ormoni dell'Adenoipofisi

L'adenoipofisi, o ipofisi anteriore, è coinvolta nella produzione di una cascata di ormoni, in cui il primo ormone è prodotto dall'ipotalamo, il secondo dall'ipofisi stessa e il terzo da una ghiandola bersaglio.

A livello dell'eminenza mediana, vengono rilasciati i fattori di rilascio ipotalamici, noti oggi come ormoni di rilascio (RH - Releasing Hormones), poiché la loro composizione chimica è stata identificata.

L'ipofisi è composta da diverse cellule endocrine, molte delle quali producono ormoni sistemici che vengono rilasciati nel sangue. Circa la metà delle cellule dell'ipofisi sono responsabili della produzione dell'ormone della crescita (GH), noto anche come ormone somatotropo. Le cellule che producono GH sono chiamate somatotrope e l'ormone stesso è un peptide composto da quasi 200 aminoacidi.

Un altro ormone prodotto dall'ipofisi è la prolattina (PRL), che viene secreta dalle cellule lattotrope, costituenti circa il 25% delle cellule ipofisarie. Inoltre, le cellule corticotrope producono la corticotropina (ACTH), a partire da un precursore peptidico chiamato proopiomelanocortina. Questo ormone ha anche una funzione oppiacea endogena, in quanto gli oppiacei sono peptidi che attivano recettori specifici nel corpo.

Le cellule tireotrope producono l'ormone tireostimolante (TSH), che stimola la funzione della tiroide. Queste cellule rappresentano circa il 5% dell'ipofisi. Le cellule gonotrope, anch'esse circa il 5%, producono le gonadotropine, ovvero l'ormone luteinizzante (LH) e l'ormone follicolo-stimolante (FSH), che controllano le gonadi (testicoli e ovaie).

Dal punto di vista chimico, LH, FSH e TSH sono glicoproteine e sono dimeri composti da due subunità: α e β. La subunità α è identica per tutti e tre gli ormoni, mentre la subunità β è specifica per ciascuno di essi.

Gli ormoni ipofisiari controllano le ghiandole bersaglio, ad eccezione di GH e prolattina, che non hanno ghiandole bersaglio specifiche. Tornando all'ipotalamo, possiamo osservare il funzionamento dell'asse ipotalamo-ipofisi-ghiandola bersaglio. La ghiandola bersaglio produce ormoni che esercitano effetti biologici sull'organismo. Grazie al meccanismo di feedback negativo, il sistema riesce a autoregolarsi, inibendo la produzione dell'ormone che attiva la cascata. L'ultimo ormone della cascata, prodotto dalle ghiandole bersaglio, controlla l'attività dell'ormone ipotalamico, modulandone la produzione.

Nel caso di ormoni come GH e PRL, l'ipotalamo produce sia un ormone che attiva la cascata sia uno che la inibisce. Per il GH, l'ormone di rilascio è il GHRH (Growth Hormone Releasing Hormone), mentre l'ormone inibitore è la somatostatina (GHIH - Growth Hormone Inhibiting Hormone).

Per quanto riguarda la prolattina, esistono fattori che ne attivano e ne inibiscono la produzione. Il fattore di rilascio della prolattina è ancora oggetto di studio, ma è noto il fattore inibitore, che è la dopamina, una catecolamina derivata da aminoacidi, piuttosto che un peptide come gli altri ormoni di rilascio.

Per gli altri ormoni, come l'ACTH, il fattore di rilascio è il CRH (Corticotropin-Releasing Hormone), mentre per le gonadotropine si utilizza il GnRH (Gonadotropin-Releasing Hormone) e per la TSH il TRH (Thyrotropin-Releasing Hormone). Tutti questi fattori di rilascio sono peptidi corti.

Prolattina

La prolattina è un ormone peptidico composto da circa 200 aminoacidi che svolge un ruolo importante nell'organismo, agendo direttamente senza la mediazione di ghiandole bersaglio. La sua funzione principale è quella di stimolare l'ipertrofia della ghiandola mammaria, permettendo così la produzione di latte e colesterolo.

Durante la gravidanza, i livelli di prolattina aumentano, causando un ingrandimento della ghiandola mammaria. Tuttavia, in questo periodo, la produzione di latte è inibita da ormoni steroidei come estrogeni e progesterone, che bloccano l'escrezione del latte. Sebbene la ghiandola mammaria sia pronta per la produzione, gli ormoni gonadici impediscono la sua attivazione.

Con l'inizio del travaglio e il successivo parto, i livelli di estrogeni e progesterone diminuiscono drasticamente, permettendo così l'avvio dell'allattamento. Sebbene la ghiandola mammaria inizi a produrre latte, per espellerlo è necessaria l'attivazione delle cellule muscolari, un processo che è regolato dall'ossitocina.

Le malattie endocrine possono alterare la produzione di ormoni, rendendo inefficace l'ormone prodotto, sia in caso di eccesso che di insufficienza. Una condizione di iperprolattinemia, che può essere causata da tumori o stress, può influenzare negativamente la funzione sessuale, portando a una diminuzione della libido e della produzione di spermatozoi negli uomini, e all'assenza di ciclo mestruale nelle donne. La prolattina e gli ormoni sessuali steroidei interagiscono tra loro, e un aumento dei livelli di prolattina è associato a prestazioni sessuali inferiori.

Ormone della Crescita (GH)

L'ormone della crescita (GH) è fondamentale per il corretto funzionamento dell'organismo e ha effetti complessi che possono essere diretti o indiretti. Un esempio di effetto indiretto è la produzione di somatomedina, un ormone mediato dal GH, che avviene nel fegato. La somatomedina corrisponde chimicamente all'IGF (Insulin-like Growth Factor), di cui esistono due tipi. L'IGF-1, in particolare, è secreto dall'ipofisi durante tutta la vita, con un picco durante la pubertà. Questo ormone è coinvolto nello sviluppo e nell'invecchiamento dell'organismo e regola i tre principali sistemi metabolici: lipidi, proteine e glucidi.

Il GH ha un ruolo importante nel metabolismo del glucosio. Esso è un iperglicemizzante, il che significa che aumenta i livelli di glucosio nel sangue. Il glucosio viene rapidamente utilizzato dalle cellule per produrre energia, mentre gli acidi grassi vengono metabolizzati più lentamente. A seconda delle necessità energetiche dell'organismo, possono essere utilizzati glucosio o acidi grassi.

Sebbene il glucosio possa essere utilizzato immediatamente, è difficile da accumulare. Può essere polimerizzato in glicogeno, che funge da deposito energetico. Il glicogeno è idrofilico e, quindi, si lega all'acqua, a differenza dei trigliceridi, che sono lipofilici. Se l'organismo accumulasse solo glicogeno, il peso corporeo aumenterebbe significativamente a causa del suo contenuto d'acqua. Infatti, 1 grammo di glicogeno fornisce circa 4000 calorie, mentre 1 grammo di lipidi ne fornisce circa 9000 calorie. Pertanto, sebbene il glicogeno sia utile, la maggior parte dell'energia proviene dai trigliceridi, che si accumulano nel tessuto adiposo.

Il GH facilita l'utilizzo del glucosio, che può essere ottenuto sia dalla scissione del glicogeno che dalla sintesi alimentare. Quando l'organismo ha bisogno di glucosio, segnali provenienti da GH o glucocorticoidi attivano il GH, aumentando così i livelli di glucosio nel sangue attraverso la demolizione del glicogeno e la gluconeogenesi. Inoltre, il GH stimola la sintesi proteica, in particolare nei muscoli scheletrici, contribuendo all'ipertrofia muscolare e potenziando la capacità di interazione dell'organismo con l'ambiente.

Il GH è essenziale per la crescita post-natale e durante la pubertà, poiché stimola la replicazione cellulare e promuove l'allungamento delle ossa, agendo sulle cartilagini epifisiarie. Pertanto, è considerato l'ormone della statura. Un eccesso di GH durante lo sviluppo può portare a gigantismo, mentre una carenza può causare nanismo. Le persone affette da queste condizioni mantengono proporzioni corporee normali, mentre gli individui con ipofisiario hanno una statura ridotta ma un cervello normosviluppato, poiché il GH non ha un effetto diretto sul cervello.

Le alterazioni nella produzione di GH possono avere effetti significativi. Una carenza durante lo sviluppo provoca nanismo armonico, mentre una carenza nell'età adulta è associata a invecchiamento precoce. Al contrario, l'ipersecrezione di GH durante la crescita porta a gigantismo, mentre negli adulti può causare acromegalia. Quest'ultima condizione, sebbene possa avere effetti poco visibili inizialmente, porta a deformazioni corporee e ingrandimento degli organi, influenzando anche i tratti del viso.

Ormoni tiroidei

La tiroide è una ghiandola endocrina situata nel collo, sopra la trachea. È composta da follicoli tiroidei, che sono strutture sferiche circondate da uno strato di cellule monostratificate. All'interno di questi follicoli si trova il colloide, una sostanza gelatinosa. I follicoli di dimensioni maggiori sono considerati quiescenti, mentre quando sono attivi, si riducono di dimensioni poiché si svuotano del colloide.

L'ormone tiroideo deriva dalla tirosina, una sostanza lipofilica che non può essere accumulata nel corpo. Questo ormone contiene iodio, un elemento presente in natura ma difficile da reperire. Lo iodio può essere assunto se disciolto nell'acqua o attraverso il sale iodato.

La tirosina viene iodata, e due molecole di tirosina si combinano per formare due tipi di ormone: T3 e T4. La differenza principale tra i due è che T3 è una forma molto attiva, mentre T4 è meno attiva. A livello delle cellule bersaglio, l'ormone T4 viene convertito in T3 dalla deiodasi, un enzima che rimuove uno ione di iodio da T4. T3, o triodotironina, contiene tre atomi di iodio, mentre T4, o tetraiodotironina, ne contiene quattro.

Esistono tre tipi di deiodasi: la deiodasi 1 e 2 rimuovono uno iodio da T4, attivandolo, mentre la deiodasi 3 rimuove uno iodio dall'anello fenolico interno, trasformando T4 in T3 reverse, che è inattivo. Questo processo rappresenta una forma di autoregolazione dell'ormone tiroideo in base alle necessità dell'organismo.

La sintesi dell'ormone tiroideo è complessa, in particolare per quanto riguarda l'incorporazione dello iodio. Quando l'ormone diventa iodotirosina, diventa liposolubile e tende a uscire dalla cellula. Tuttavia, poiché lo iodio è difficile da reperire, sarebbe utile avere dei depositi, ma ciò è complicato dalla natura lipofilica dell'ormone. Infatti, l'ormone tiroideo non è libero, ma è legato alla tireoglobulina, una proteina accumulata nel colloide. La sintesi avviene nella colloide, all'esterno della cellula, all'interno del follicolo. Le cellule che formano la colloide sono chiamate tirociti, che sono cellule epiteliali polarizzate, con superfici diverse.

Le membrane delle cellule tiroidee presentano due lati distinti: quello che guarda l'interstizio (l'interno del corpo) è chiamato membrana basale, mentre quello che guarda il lume del follicolo è chiamato membrana luminale. I trasporti avvengono in modo orientato: dall'interstizio al follicolo e viceversa.

Lo iodio entra nella cellula attraverso un trasportatore che accoppia iodio e sodio. Questo processo è un esempio di simporto, in cui il sodio, il catione extracellulare più abbondante, si muove verso aree a bassa concentrazione. Il trasporto del sodio funge da "trappola" per lo iodio, che consente alla tiroide di assorbire circa un terzo dello iodio presente nell'organismo. Una volta concentrato all'interno della cellula tiroidea, lo iodio tende a entrare nel follicolo tramite un trasportatore che funziona come antiporto, permettendo l'ingresso del cloro e l'uscita dello iodio.

Nel follicolo, la tireoglobulina, una proteina contenente tirosine e iodio, è coinvolta nella sintesi dell'ormone tiroideo. Le tirosine sono orientate in modo tale da essere riconosciute dalla perossidasi, che le utilizza per sintetizzare l'ormone. Dopo la produzione, l'ormone rimane bloccato nella proteina nel follicolo, garantendo una riserva di ormone tiroideo anche in assenza di assunzione di iodio.

Quando il TSH (ormone stimolante della tiroide) segnala la necessità di ormone tiroideo, la tireoglobulina viene incorporata nelle cellule tramite il recettore megalina. All'interno dei tirociti, si forma una vescicola contenente tireoglobulina. Questa vescicola viene riconosciuta come estranea e attaccata dai lisosomi, che demoliscono la tireoglobulina, liberando l'ormone tiroideo. Essendo una sostanza lipofilica, l'ormone viene quindi secreto dalla cellula.

Gli ormoni tiroidei possono facilmente uscire dalle cellule, ma necessitano di proteine di trasporto per rimanere nel sangue. Esistono sia proteine di trasporto specifiche sia non specifiche. La principale proteina di trasporto è la TBG (thyroxine-binding globulin), mentre un'altra proteina meno comune è la transtiretina (TTR). Gli ormoni tiroidei a bassa affinità possono anche legarsi all'albumina, che è la principale proteina presente nel sangue e agisce come trasportatore non specifico.

Quando l'ormone tiroideo raggiunge la cellula bersaglio, utilizza un meccanismo simile a quello di uscita delle cellule endocrine. Il recettore principale per l'ormone si trova all'interno della cellula. Prima di legarsi al recettore, il T4 viene convertito in T3 dalle iodasi presenti nella cellula bersaglio. Questa conversione è fondamentale poiché T3 è la forma attiva dell'ormone, responsabile degli effetti biologici dell'ormone tiroideo nel corpo.

In sintesi, la tiroide gioca un ruolo cruciale nella regolazione del metabolismo attraverso la sintesi e la secrezione di ormoni tiroidei, che sono essenziali per il corretto funzionamento di molte funzioni corporee. La complessità di questo processo sottolinea l'importanza di un adeguato apporto di iodio e di un funzionamento sano della ghiandola tiroidea per mantenere l'equilibrio ormonale e il benessere generale dell'organismo.

Recettori dell’ormone tiroideo

Gli ormoni tiroidei sono molecole lipofile, il che significa che possono attraversare facilmente la membrana cellulare. Una volta all'interno della cellula, si legano a specifici recettori presenti nel citoplasma. Questi recettori si dimerizzano e interagiscono con la forma attiva dell'ormone, T3, che deriva dalla trasformazione di T4.

Per legarsi all'ormone, i recettori devono possedere due domini principali: il Ligand Binding Domain (LBD), che è responsabile del riconoscimento dell’ormone, e il DNA Binding Domain (DBD), che riconosce una sequenza specifica di DNA che regola l'attività genica. Il DBD è in grado di riconoscere selettivamente una sequenza di nucleotidi nel gene bersaglio, che varia a seconda dell'ormone; nel caso degli ormoni tiroidei, questa sequenza è nota come TRE (Thyroid Response Element).

Esistono diverse modalità di dimerizzazione: gli ormoni tiroidei possono formare omodimeri o eterodimeri (questi ultimi sono più comuni), in cui il recettore per l'ormone tiroideo si associa a un altro recettore, come quello per l'acido retinoico. Questo complesso eterodimerico si lega al TRE, attivando così l'espressione del gene bersaglio.

Inoltre, ci sono varianti dei recettori degli ormoni tiroidei, tra cui un recettore mitocondriale. I mitocondri sono le centrali energetiche della cellula e la funzione principale degli ormoni tiroidei è quella di aumentare la produzione di calore. All'interno dei mitocondri, i processi energetici convertono l'energia in ATP attraverso reazioni chimiche. Se questa catena di produzione viene disaccoppiata, l'energia viene dissipata sotto forma di calore, senza produrre ATP. Gli ormoni tiroidei possono quindi attivare questo disaccoppiamento, contribuendo alla produzione di calore.

Le azioni degli ormoni tiroidei possono avvenire a livello nucleare, dove i geni possono produrre proteine disaccoppiate, oppure a livello mitocondriale, dove i recettori per l'ormone tiroideo facilitano il disaccoppiamento. Il mitocondrio contiene anche DNA mitocondriale, al quale si lega il recettore per l'ormone tiroideo.

Un'altra possibilità riguarda i recettori situati sulla membrana cellulare. Anche se gli ormoni tiroidei sono lipofili, possono avere effetti rapidi legandosi a questi recettori di membrana.

Gli effetti dell'ormone tiroideo includono la produzione di calore e l'aumento del consumo di ossigeno, poiché la sintesi di ATP richiede ossigeno attraverso la fosforilazione ossidativa. La valutazione dell'efficacia degli ormoni tiroidei può quindi avvenire monitorando il consumo di ossigeno o la quantità di calore generato.

La maggior parte degli organi risponde lentamente agli ormoni tiroidei, mentre organi come il cervello e i testicoli, che non dipendono da questi ormoni per il loro funzionamento e sono meno influenzati dall'effetto calorigeno, mantengono una temperatura più bassa.

In generale, gli effetti degli ormoni tiroidei sull'organismo includono l'aumento della produzione di calore, il disaccoppiamento dell'attività mitocondriale e l'attivazione dell'attività cerebrale. Gli ormoni tiroidei potenziano tutti i comandi di attivazione cellulare.

Inoltre, gli ormoni tiroidei hanno due effetti fondamentali: uno riguarda lo sviluppo e l'altro l'attività cerebrale. A differenza dell'ormone della crescita (GH), l'attività degli ormoni tiroidei varia tra i diversi tessuti. La carenza di ormone tiroideo può portare a un nanismo disarmonico, a differenza del nanismo armonico causato da carenza di GH.

Per quanto riguarda lo sviluppo cerebrale, gli ormoni tiroidei sono essenziali per la mielinizzazione, soprattutto durante le ultime settimane di gravidanza e le prime tre settimane postnatali. La carenza di ormone in questi periodi critici è conosciuta come cretinismo, e può avere effetti irreversibili sullo sviluppo neurologico. Anche se la carenza di ormone tiroideo si verifica successivamente, può comunque portare a deficit intellettivi, ma questi ultimi possono essere reversibili. Tali deficit possono manifestarsi come alterazioni del pensiero e della funzione cognitiva.

L'ipertiroidismo, una condizione caratterizzata da un eccesso di ormone tiroideo, può portare a un'accelerazione del pensiero, nota come tachipsichismo. Al contrario, l'ipotiroidismo, che si verifica quando vi è una carenza di ormone tiroideo, è associato a un rallentamento delle funzioni cognitive e a una maggiore sensibilità al freddo.

Ormoni corticosurrenalici

Gli ormoni corticosurrenalici sono prodotti dalla ghiandola surrenale, che si trova sopra i reni. La ghiandola surrenale è divisa in due parti: la corteccia (la parte esterna) e la midollare (la parte interna). Gli ormoni corticosurrenalici sono sintetizzati dalla corteccia surrenale e si dividono in tre categorie principali, a seconda della zona della corteccia in cui vengono prodotti: zona glomerulare, zona fascicolata e zona reticolare.

1. Zona Glomerulare

La zona glomerulare è la parte più esterna della corteccia surrenale ed è responsabile della produzione di aldosterone, un ormone che gioca un ruolo chiave nel bilancio dei sali minerali (come sodio e potassio) e nel mantenimento della pressione sanguigna.

Aldosterone: Stimola i reni a riassorbire sodio e acqua e a secernere potassio. Questo effetto aumenta il volume del sangue e, quindi, la pressione sanguigna.

2. Zona Fascicolata

La zona fascicolata è la zona centrale della corteccia surrenale ed è responsabile della produzione di cortisolo, un ormone che svolge molteplici funzioni, in particolare nel metabolismo, nella risposta allo stress.

Cortisolo:

È noto come l’ormone dello stress poiché viene rilasciato in risposta a stress fisici o emotivi.
Ha effetti sul metabolismo dei carboidrati, dei lipidi e delle proteine. Stimola la gluconeogenesi (produzione di glucosio a partire da fonti non zuccherine come le proteine) nel fegato, e aiuta a mantenere livelli adeguati di glucosio nel sangue durante il digiuno.
La secrezione di cortisolo è regolata dal CRH (Corticotropin-Releasing Hormone), prodotto dall’ipotalamo, e dall’ACTH (Adrenocorticotropic Hormone), prodotto dall’ipofisi. Il cortisolo stesso regola la sua produzione attraverso un meccanismo di feedback negativo.

3. Zona Reticolare

La zona reticolare è la parte più interna della corteccia surrenale e produce androgeni surrenalici, che sono precursori degli ormoni sessuali. Sebbene la quantità di androgeni prodotti dalla corteccia surrenale sia relativamente piccola rispetto agli ormoni sessuali prodotti dalle gonadi (ovaie e testicoli), sono comunque importanti, soprattutto in età pre-puberale e per il mantenimento della salute in età adulta.

4. Funzioni degli ormoni corticosurrenalici

Gli ormoni prodotti dalla corteccia surrenale hanno effetti importanti sul metabolismo, sul sistema cardiovascolare e sul sistema immunitario:

Aldosterone = regola il bilancio idrico e salino, influenzando la pressione sanguigna e la funzione renale.
Cortisolo = modula la risposta allo stress, stimola la produzione di glucosio, e ha effetti antinfiammatori e immunosoppressori.
Androgeni = influenzano la crescita dei peli, la libido e, in misura minore, lo sviluppo sessuale.

Porzione midollare

La midollare del surrene è una parte fondamentale del sistema endocrino che produce due principali catecolamine: l'adrenalina (80% delle cellule) e la noradrenalina (20%). La dopamina funge da precursore per queste sostanze. Entrambi gli ormoni sono stoccati all'interno di granuli, il cui accumulo è regolato da un meccanismo che coinvolge due comparti molecolari.

La membrana dei granuli contiene una pompa protonica che utilizza un trasporto attivo per accumulare ioni protoni (H+) all'interno della vescicola, provocando un'acidificazione del suo contenuto. Inoltre, la membrana presenta un antiporto che scambia protoni H+ con catecolamine. Questo trasportatore è noto come VMAT (Vesicular Monoamine Transporter).

La midollare del surrene può essere considerata l'equivalente di un ganglio ortosimpatico. Tuttavia, anziché svilupparsi in modo neuronale, si è evoluta in un sistema endocrino. Entrambi i sistemi si attivano in situazioni di emergenza, con i gangli ortosimpatici che utilizzano principalmente la noradrenalina.

Il controllo della midollare del surrene e dei gangli ortosimpatici avviene tramite un motoneurone. Quando questo motoneurone invia un comando, le cellule della midollare si attivano, formando granuli che rilasciano catecolamine. Queste sostanze viaggiano nel flusso sanguigno e si legano a recettori specifici sulla membrana delle cellule bersaglio, i cui effetti sono già stati discussi in precedenza.

Le catecolamine influenzano vari aspetti fisiologici, tra cui l'attività cardiaca e il metabolismo glucidico, contribuendo a un effetto iperglicemizzante. Inoltre, la noradrenalina ha effetti specifici, come l'aumento della sudorazione.

In situazioni di "lotta o fuga", la midollare del surrene prepara il corpo all'azione, aumentando il flusso sanguigno e garantendo una maggiore disponibilità di ossigeno e glucosio, quest'ultimo rilasciato grazie all'azione della midollare stessa.

Porzione corticale

Nella porzione corticale, le proteine di trasporto sono fondamentali per il corretto funzionamento del corpo. Una delle principali proteine di trasporto è la transcortina, nota anche come corticosteroid-binding globulin (CBG). Questa proteina si lega ai corticosteroidi, come i glucocorticoidi e i mineralcorticoidi, facilitandone il trasporto nel sangue.

La corteccia surrenale, che è la parte esterna delle ghiandole surrenali, produce vari ormoni, tra cui:

Mineralcorticoidi: Questi ormoni, come l'aldosterone, regolano l'equilibrio di sodio e potassio nel corpo e influenzano la pressione sanguigna.
Glucocorticoidi: Gli ormoni come il cortisolo, che sono coinvolti nella risposta allo stress e nel metabolismo dei carboidrati, delle proteine e dei grassi.
Androgeni: Questi ormoni sono precursori degli ormoni sessuali e svolgono un ruolo nello sviluppo delle caratteristiche sessuali maschili e femminili.

Inoltre, esistono recettori nucleari che interagiscono con questi ormoni, consentendo loro di influenzare l'espressione genica e, di conseguenza, vari processi fisiologici nel corpo.

Mineralcorticoidi (aldosterone)

L'aldosterone è un ormone steroideo prodotto dalle ghiandole surrenali che svolge un ruolo cruciale nella regolazione dell'equilibrio elettrolitico nel corpo. La sua principale funzione è quella di conservare il sodio (Na+) e favorire l'eliminazione del potassio (K+).

Il sodio è il principale catione extracellulare, mentre il potassio è il principale catione intracellulare. Mantenere adeguati livelli di sodio è fondamentale per regolare il volume dei liquidi extracellulari; infatti, maggiore è la concentrazione di sodio, maggiore sarà il volume d'acqua presente nel corpo a causa del fenomeno dell'osmosi.

La perdita di potassio è altrettanto importante, poiché il potassio è essenziale per la polarizzazione della membrana cellulare. Cambiamenti nella concentrazione di K+ all'esterno della cellula influenzano il potenziale di membrana, rendendo le cellule ipo- o ipereccitabili. L'eccitabilità cellulare è fondamentale per il corretto funzionamento del sistema nervoso e muscolare. All'interno della cellula, la concentrazione di potassio è generalmente elevata, e le variazioni in questo ambiente interno non hanno un impatto significativo sul potenziale di membrana.

È importante notare che, sebbene una dieta ricca di potassio sia benefica, un eccesso di potassio nel corpo può risultare pericoloso. Per questo motivo, la funzione dell'aldosterone è cruciale: regola l'escrezione di potassio per mantenere l'equilibrio elettrolitico e prevenire complicazioni.

L'aldosterone agisce stimolando l'espressione di canali ionici per il sodio e il potassio sulla membrana luminale di alcuni epiteli, in particolare a livello del rene. Questo meccanismo consente un riassorbimento selettivo del sodio e l'eliminazione del potassio, contribuendo a mantenere l'omeostasi elettrolitica nel corpo.

Glucocorticoidi (cortisolo)

Il cortisolo, noto come l'ormone dello stress, presenta un marcato ritmo circadiano, con picchi di produzione che si verificano circa cinque ore dopo l'addormentamento e al risveglio. Ci sono anche picchi più piccoli associati ai pasti. Questo ormone è fondamentale per preparare l'organismo a reagire a situazioni che deviino dalla normalità.

Lo stress acuto, che è una risposta immediata e temporanea a fattori esterni, può avere effetti positivi, aiutando l'individuo a fronteggiare le sfide. Tuttavia, se lo stress diventa ripetuto e non affrontabile, può trasformarsi in stress cronico, il quale è associato a diverse patologie.

Il cortisolo è prodotto dalle cellule della zona reticolata della corteccia surrenale e viene trasportato nel sangue legato a proteine specifiche. I recettori per il cortisolo sono simili a quelli degli ormoni tiroidei e possono essere identificati da due proteine: LBD (Ligand Binding Domain) e DBD (DNA Binding Domain).

Quando il cortisolo entra nella cellula, si stacca dalle proteine che lo intrappolano nel citoplasma, dimerizza e si lega a una sequenza specifica di DNA chiamata GRE (Glucocorticoid Response Element). È importante notare che il recettore per il cortisolo è in equilibrio con i recettori per gli ormoni sessuali. Questi ultimi possono avere effetti comuni, ma spesso il cortisolo esercita azioni opposte rispetto agli ormoni sessuali.

Con l'invecchiamento, i livelli di ormoni glucocorticoidi come il cortisolo tendono ad aumentare, mentre quelli degli ormoni sessuali diminuiscono. Un effetto significativo dell'invecchiamento è l'osteoporosi, poiché il cortisolo è responsabile dell'erosione del tessuto osseo, contribuendo al suo indebolimento.

Effetti dei glucocorticoidi

Gli effetti sul metabolismo e su specifici organi sono significativi e complessi.

Per quanto riguarda il metabolismo, si osserva una tendenza verso la produzione di glucosio. In particolare, viene stimolata la gluconeogenesi nel fegato, un processo che garantisce la disponibilità di precursori del glucosio, come i corpi chetonici e alcuni amminoacidi. I corpi chetonici derivano dalla demolizione del tessuto adiposo, un processo noto come lipolisi. Gli amminoacidi, invece, provengono dalla degradazione di proteine presenti in vari tessuti, tra cui il muscolo scheletrico, il tessuto connettivo e l'osso, nonché nel sottocute.

Due effetti principali legati all'azione dei glucocorticoidi e alla risposta allo stress si osservano nel sistema cardiovascolare e nel cervello. A livello cardiovascolare, si verifica un potenziamento dell'attività, con un aumento della frequenza cardiaca e della pressione arteriosa. Per quanto riguarda il cervello, i glucocorticoidi possono migliorare le prestazioni cognitive, contribuendo a un atteggiamento positivo di fronte alle difficoltà.

Tuttavia, l'iperproduzione di glucocorticoidi può portare a effetti collaterali patologici, come l'erosione delle proteine in alcuni tessuti (ad esempio, osso e muscolo), inibizione dell'attività immunitaria e infiammatoria, ipertensione, assottigliamento della cute e riduzione della massa muscolare.

Regolazione degli ormoni cortico-surrenalici

La regolazione degli ormoni cortico-surrenalici segue un classico modello di cascata ipotalamo-ipofisi-bersaglio. A livello ipotalamico, viene secreto un neuroormone chiamato CRH (ormone di rilascio della corticotropina), che stimola il rilascio di ACTH (ormone adrenocorticotropo) dall'ipofisi. L'ACTH, a sua volta, stimola la produzione di glucocorticoidi da parte delle ghiandole surrenali. Un feedback negativo è presente in questo sistema: i glucocorticoidi inibiscono la produzione di ACTH, contribuendo a mantenere i livelli ormonali entro un certo range.

Ormoni pancreatici

Il pancreas è la più grande ghiandola esocrina collegata al tubo gastro-intestinale, essa è esocrina perché produce il secreto all’esterno dell’organismo (perché tutti i secreti che finiscono nel tubo gastro-intestinale sono definiti esocrini in quanto poi i prodotti vengono espulsi). Esso come principale funzione esocrina produce gli enzimi digestivi, che demoliscono le proteine, i carboidrati e i lipidi.

All’interno del pancreas 1% delle cellule ha una funzione endocrina, che sono raggruppate nelle isole di Langherans. Queste isole solo eterogenee, ossia contengono diversi tipi cellulari che producono prodotti diversi. Troviamo due tipi principali, che sono:

cellule α = producono il glucagone
cellule β = producono insulina

Tutti questi ormoni sono peptidici, ovvero formati da amminoacidi.

Insulina

L'insulina è un ormone peptidico prodotto nel pancreas. La sua sintesi avviene attraverso un processo di proteosintesi che inizia con la formazione di un pre-ormone, noto come pre-pro-insulina. Questo pre-ormone viene successivamente convertito in pro-insulina, che infine si trasforma in insulina. Durante questo processo, il pre-ormone viene scisso in tre frammenti: due di essi si uniscono tramite legami chimici (ponti disolfuro) per formare l'insulina, mentre il terzo frammento, chiamato frammento C, risulta biologicamente inattivo.

L'insulina viene immagazzinata nei granuli secretori delle cellule beta del pancreas e viene rilasciata in risposta a stimoli, principalmente l'aumento dei livelli di calcio intracellulare. La secrezione di insulina segue un ritmo giornaliero correlato ai pasti. Quando i carboidrati vengono assimilati, si verifica un aumento della glicemia (iperglicemia), la cui durata dipende dalla quantità e dal tipo di carboidrati assunti. I principali picchi di iperglicemia sono associati ai pasti principali, e i picchi di insulina si verificano in modo coerente e successivo a quelli di glucosio.

Oltre all'aumento della glicemia, la secrezione di insulina è stimolata anche da altri nutrienti, come amminoacidi e grassi. Quando il glucosio passa dall'intestino al sangue, i livelli di insulina aumentano ulteriormente rispetto a situazioni in cui il glucosio è già presente nel sangue. Questo perché il passaggio del glucosio stimola la secrezione di altri ormoni, come il GLP-1, che comunica al cervello lo stato metabolico, contribuendo a ridurre il senso di fame.

In sintesi, il rilascio di insulina avviene quando il glucosio entra nelle cellule beta, causando un aumento del calcio intracellulare, che porta alla secrezione di insulina. Poiché l'insulina è una proteina, non può entrare direttamente nelle cellule. Ha bisogno di recettori con attività tirosin-chinasica, che si autofosforilano e iniziano a fosforilare i bersagli sulle cellule.

Gli effetti dell'insulina includono la riduzione della concentrazione di vari nutrienti biologici, facilitando il loro ingresso nelle cellule. Durante l'iperglicemia, l'insulina promuove l'assorbimento del glucosio nelle cellule, inducendo l'espressione del trasportatore GLUT4 sulla superficie cellulare. In assenza di insulina, questo trasportatore non è presente sulla membrana. Quando l'insulina si lega ai recettori, il trasportatore viene trasferito sulla membrana cellulare, consentendo l'ingresso del glucosio (effetto ipoglicemizzante). Una volta all'interno della cellula, l'insulina facilita l'utilizzo del glucosio, altrimenti esso potrebbe uscire. Il glucosio può essere accumulato nel fegato o nei muscoli sotto forma di glicogeno, grazie a enzimi che promuovono la glicogenosintesi, oppure può essere trasformato in energia attraverso la glicolisi, producendo ATP.

Il glucosio è utilizzato da tutte le cellule, tranne che dalle cellule neuronali, che non esprimono il recettore GLUT4. I neuroni funzionano esclusivamente a glucosio e non dipendono dall'insulina; questo è fondamentale per mantenere costanti i livelli di glucosio e garantire la sopravvivenza delle cellule neuronali.

Per quanto riguarda i lipidi, essi viaggiano nel sangue legati a lipoproteine, che li rendono solubili. Quando l'insulina viene rilasciata, stimola gli enzimi chiamati lipoproteina-lipasi, i quali degradano i trigliceridi all'interno delle lipoproteine in acidi grassi, permettendo loro di entrare nelle cellule. All'interno delle cellule, gli acidi grassi vengono accumulati come trigliceridi nel tessuto adiposo bianco, che funge da riserva energetica. L'insulina catalizza anche le reazioni che riconvertono i trigliceridi in acidi grassi, rendendoli nuovamente disponibili quando necessario.

Infine, gli amminoacidi, quando presenti nel sangue in elevata concentrazione, stimolano la secrezione di insulina. Quest'ultima promuove l'espressione di trasportatori specifici per gli amminoacidi, che vengono riconosciuti dai recettori presenti sulla superficie delle cellule, facilitando così l'ingresso degli amminoacidi stessi all'interno delle cellule. Inoltre, l'insulina regola l'utilizzo degli amminoacidi all'interno delle cellule per la sintesi proteica, contribuendo alla crescita e al mantenimento dei tessuti.

Glucagone

Il glucagone è un ormone prodotto dal pancreas quando i livelli di glucosio nel sangue diminuiscono. La sua funzione principale è quella di aumentare i livelli di glucosio nel sangue, intervenendo in situazioni di ipoglicemia, anche se quest'ultima è relativamente rara. Infatti, affinché si verifichi un'ipoglicemia, devono trascorrere molte ore dall'ultimo pasto, il che porta a una secrezione di glucagone piuttosto limitata nella vita quotidiana.

Il glucagone è un peptide, derivante da un precursore più complesso, il proglucagone, che è anche fonte di altri ormoni, come il GLP-1. La produzione di glucagone è stimolata da una diminuzione dei livelli di glucosio e acidi grassi nel sangue. Gli amminoacidi, invece, hanno un effetto stimolante sia sul glucagone che sull'insulina.

I recettori del glucagone sono recettori accoppiati a proteine G. Quando il glucagone si lega a questi recettori, aumenta l'attività dell'adenilato ciclasi, portando a un incremento dei livelli di AMP ciclico (cAMP). Questo aumento di cAMP favorisce la fosforilazione di diverse proteine, generando effetti biologici che sono in gran parte opposti a quelli dell'insulina. Ad esempio, il glucagone promuove il rilascio di glucosio nel sangue, attraverso la degradazione del glicogeno (glicogenolisi) o tramite la gluconeogenesi.

Inoltre, il glucagone stimola la degradazione dei trigliceridi nei tessuti adiposi attraverso l'azione di enzimi noti come lipasi, che vengono rilasciati nel sangue. Questi acidi grassi liberati possono essere utilizzati per la produzione di corpi chetonici e, successivamente, per la gluconeogenesi.

Infine, il glucagone favorisce anche il catabolismo delle proteine, promuovendo la degradazione delle proteine per il recupero degli amminoacidi.

La regolazione del glucagone

Quando si fa un pasto iperproteico, con pochi glucidi ma molti grassi, i livelli di insulina aumentano per far entrare gli AA e i trigliceridi nel sangue. Però fa entrare nel sangue anche il glucosio, facendo andare il corpo in ipoglicemia. Allora gli AA fanno produrre insieme all’insulina anche il glucagone. Quest’ultimo fa rialzare il glucosio, facendo tornare la glicemia a livelli standard.

Diabete mellito

Il diabete è una patologia in cui l’insulina non è efficace, ovvero o è presente in basse quantità o è presente in alte quantità ma non si riesce a funzionare sulle cellule bersaglio. Il primo tipo di problema causa il diabete di tipo I mentre il secondo causa il diabete di tipo II.

Nel diabete di tipo I manca l’insulina perché le cellulare β non funzionano più o sono morte.

Nel diabete di tipo II si ha un’insulinoresistenza, in cui l’insulina c’è ma le cellule non rispondono a questo stimolo.

Se non viene curato, il diabete causa alti livelli di glucosio nel sangue con le cellule prive di glucosio. Quindi il glucosio arriva nelle urine, che viene espresso mediante poliuria (necessità di urinare molto) e polipsia (necessità di bere molto). Queste conseguenze fanno andare il paziente in coma per l’elevata disidradazione e per gli squilibri elettrolitici.

Neurofisiologia

La neurofisiologia, a grandi linee, è data dalle informazioni in entrata (sensoriali), il neurone in mezzo, e dalle informazioni in uscita (motorie).

Il sistema nervoso prende informazioni dall’ambiente interno ed esterno, integra queste informazioni e emette un’uscita informazionale che va a regolare il corpo e l’ambiente esterno mediante la muscolatura scheletrica.

Le entrate sensoriali possono venire dall’ambiente esterno mediante i sensi (sensibilità speciale), la sensibilità somatica o dal nostro corpo. L’entrata sensoriale può avvenire anche mediante organi di senso, come la vista, il gusto o l’udito. Oppure si può avere una sensibilità non strutturata in organi che ci permette di captare informazioni esterne ed è la sensibilità delle cute. Le informazioni in entrata passano all’interno del sistema nervoso e avranno una complessità più o meno grande, dove possiamo riconoscere alcune funzioni di fondo, come:

sensori-motoria = analisi delle informazioni sensoriali per elaborare una strategia motoria, essa è diventata sempre più sofisticata
motivazionale = funzione che orienta le informazioni sensori-motorie, essa è molto antica

Da queste due funzioni si sviluppa l’elemento diacronico, una delle caratteristiche di base dei neuroni è che i neuroni sono plastici, ossia cambiano le loro funzionalità sulla base delle funzioni precedenti (elemento alla base dell’apprendimento della memoria).

L’uscita della neurofisiologia può essere far funzionare la muscolatura scheletrica o far funzionare il sistema nervoso autonomo per controllare il funzionamento del corpo.

Comunicazione tra cellule neuronali

Si parte da un elemento sensoriale che riesce a trasformare un elemento (interno o esterno) in un segnale neuronale. Se non c’è questa conversione (trasduzione sensoriale), non c’è informazione all’interno del sistema nervoso. Solo quello che è capace di incidere sui nostri neuroni è capace di esistere per i nostri neuroni. La principale forma di sensibilità degli essere umani è la vista, infatti l’occhio umano è sensibile solo ad alcuni tipi di onde elettromagnetiche.

La trasduzione sensoriale è la trasformazione dello stimolo chimico-fisico in attività del neurone. Ciò avviene mediante i recettori sensoriali, che quando vengono attivati alterano in maniera graduata il PdA del neurone stesso. Il PdA porta l’informazione in prossimità della cellula successiva. Alla fine il neurone avrà l’assone, con una terminazione assonale, al cui livello il PdA viene convertito in un’informazione chimica, mediante il rilascio di un neurotrasmettitore (trasmissione sinaptica). Il rilascio del potenziale presinaptico scatenerà un PdA graduato nella sinapsi. Se tutto questo processo viene ripetuto solo una volta, si ha un riflesso.

Neurone sensoriale

Se qualcosa entra deve passare per il neurone sensoriale, dopo di questo c’è l’integrazione dell’informazione dal secondo neurone in poi. Alla fine della catena c’è il neurone di uscita che trasmetterà l’informazione in uscita ad un bersaglio.

Trasmissione sinaptica

La grande maggioranza delle sinapsi è eccitatoria, mentre la minoranza delle sinapsi è inibitoria. Le sinapsi inibitorie usano principalmente l’acido gammaammninobutirrico (GABA).

Le sinapsi sono gli elementi terminali di un neurone e servono per inviare i segnali. Le sinapsi si dividono in due categorie:

chimiche = usa un neurotrasmettitore per rilasciare degli ioni che poi vanno a generare il potenziale di membrana. Essa è monodirezionale
elettriche = il flusso degli ioni non viene interrotto da dei mediatori chimici, ma passa direttamente da una cellula all’altra. L’eccitazione del neurone presinaptico è passata direttamente a quello post-sinaptico.

La sinapsi elettrica ha diversi vantaggi rispetto a quella chimica, tra cui la velocità di trasmissione (che è superiore), la semplicità, il basso costo energetico ed il fatto di essere bidirezionale. Essa, nei neuroni, è molto importante per far sincronizzare i neuroni vicini. Mentre, al di fuori dei neuroni, essa è molto importante a livello del tessuto cardiaco (poiché l’eccitazione delle cellule cardiache si deve propagare velocemente) e del tessuto muscolare liscio.

La sinapsi chimica può comunicare molte più informazione della sinapsi elettrica, inoltre ci sono molte molecole chimiche che hanno effetti diversi sulla cellula bersaglio (come inibire o eccitare). Essa è intrinsecamente plastica, ciò è uno degli elementi cruciali per l’apprendimento e la memoria (il cervello non potrebbe accumulare informazioni).

La sinapsi deve essere puntiforme, ovvero deve arrivare in prossimità del suo bersaglio e deve avere un effetto esattamente nel punto in cui la terminazione presinaptica va a toccare la cellula post-sinaptica.

La sinapsi neuromuscolare è la sinapsi che lega il motoneurone, essa esce dal cervello ed arriva fino al motoneurone. Essa è facile da studiare e da trovare perché si trova fuori dal cervello, inoltre è molto concentrata sulla trasmissione del segnale e poco sulla plasticità.

La sinapsi puntiforme non è quella dominate, poiché quelle dominante sono le sinapsi di filo. Queste ultime hanno un assone che ha delle varicosità in cui sono contenute le vescicole che rilasciano il neurotrasmettitore.

Il neurone è costituito da:

dendride = è la parte del neurone che fa arrivare i segnali
soma = è il corpo del neurone
monticolo assonico = parte del neurone adibita a raccogliere tutti i segnali ricevuti
assone = parte del neurone adibita ad inviare i segnali

Tipologie di sinapsi

asso-dendridica = sinapsi tra assone e dendride
asso-spinosa = sinapsi tra assone e spina dendridica (ovvero una fossa presente sui dendridi)
asso-assonica = sinapsi con un’alta sinapsi

La comunicazione tra l’assone e la cellula del sangue inizia partendo da una variazione del potenziale di membrana, che arriva fino all’assone che libera un neurotrasmettitore. L’arrivo del potenziale di azione fa aprire i canali calcio-dipendente, che si aprono e fanno passare il calcio dall’esterno (dove è più concentrato) all’interno (dove è meno concentrato). Nel momento in cui si apre il canale per calcio, la vescicola viene rilasciata ed arriva alla sinapsi dove si fonde con la membrana e rilascia il neurotrasmettitore.

Fessura sinaptica = spazio tra una sinapsi e l’altra.

Neurotrasmettitori
I neurotrasmettitori sono sostanze chimiche che:
sono presenti nel neurone presinaptico
vengono liberati in risposta ad una depolarizzazione presinaptica e in modo calcio-dipendente
sulla cellula postsinaptica devono essere presenti recettori specifici per la sostanza
la sostanza deve essere rimossa dalla fessura sinaptica

La loro azione è:

locale per la configurazione del contatto sinaptico
limitata nel tempo per la presenza di meccanismi di disattivazione
la velocità di rilascio e quella di rimozione sono collegate, e devono essere uguali

Differenti categorie di neurotrasmettitori

La seguente classificazione accomuna le diverse differenze chimiche e le loro concentrazione nel cervello:

amminoacidi/classici (tipo I) = sono i più concentrati μmol/g e costituiscono la parte informazionale del nostro cervello. Questa tipologia di neurotrasmettitori usano i recettori canali che portano l’informazione molto rapidamente
glutammato = eccitatorio
aspartato = eccitatorio
gaba = inibitore
glicina = inibitore
monoamine (tipo II) = esse sono molto meno concentrate degli amminoacidi (pmol/g), questi neurotrasmettitori sono legati alla proteina G, quindi sono molto più lenti rispetto agli amminoacidi. Questi neurotrasmettitori sono neuromodulatori (resettano i vari circuiti neurologici).
acetilcolina = essa è fondamentale per far funzionare i motoneuroni, infatti essi funzionano tutti con questo neurotrasmettitore. Ha sia i recettori canale che recettori legati alla proteina G, è un ibrido. Il suo recettore più studiato è quello nicotinico, quando si fa uso di nicotina questa va a sostituire l’acetilcolina nei recettori nicotinici
dopamina
noradrenalina
serotonina
istamina
neuropeptidi (tipo III) = nmol/g, essi sono rilasciati in maniera quasi ormonale, hanno un impiego modulatorio ma più ristretto rispetto alle monoammine.
Colecistochinina
met-encefalina
sostanza p
peptide vasoattivo intestinale

Altri tipi neurotrasmettitori

purine = adenosina, ATP, non viene secreta tramite vescicole
gas = monossido di azoto, monossido di carbonio, anidride solforosa

La differenza tra gli amminoacidi e le monoammine, e che queste ultime hanno un grandissimo numero di recettori oltre ad avere un enorme numero di siti di rilascio. Le monoammine sono siti di neuromodulazione, ovvero essi fanno da tramite tra gli amminoacidi, in quanto vanno a fare un “controllo”.
Sono però meno veloci dei neurotrasmettitori amminoacidici.
Tutti e tre i neurotrasmettitori sono veicolati da vescicole, ma sono diverse e sono prodotte in maniera diverse.

Sintesi e rilascio dei neurotrasmettitori peptidici

I neurotrasmettitori peptidici sono prodotti e rilasciati attraverso un meccanismo complesso, in cui sono coinvolti i ribosomi e il reticolo endoplasmatico ruvido (RER), seguiti dal golgi per la modificazione e il trasporto. Ecco i principali passaggi:

Sintesi: I neurotrasmettitori peptidici sono sintetizzati come precursori proteici nei ribosomi e nel RER. Questi precursori vengono poi trasportati verso il Golgi, dove subiscono modificazioni post-traduzionali.
Rilascio: I neurotrasmettitori peptidici vengono immagazzinati in vescicole dense-core, che si trovano all’interno dei terminali presinaptici dei neuroni. Quando un potenziale d’azione raggiunge il terminale, si verifica un ingresso di calcio (Ca²⁺), che stimola l’esocitosi delle vescicole contenenti i neurotrasmettitori.
Meccanismo d’azione: Una volta rilasciati nella sinapsi, i neurotrasmettitori peptidici agiscono come neuromodulatori:
Non provocano direttamente un cambiamento nel potenziale di membrana dei neuroni postsinaptici, ma piuttosto modulano l’efficacia di altri neurotrasmettitori.
Possono anche influenzare la plasticità sinaptica e regolare il comportamento neuronale su scale temporali più lunghe rispetto ai neurotrasmettitori classici.

Tipi di vescicole

La trasmissione neuronale coinvolge diversi tipi principali di vescicole sinaptiche: le "core vesicles" (vescicole scure) e le "clear vesicles" (vescicole chiare). Ecco una panoramica delle loro caratteristiche e funzioni.

vescicole piccole (40 nm) = esse sono utilizzati solo dai neuroni, si dividono in:
a centro chiaro = contengono amminoacidi (neurotrasmettitori classici). Sono responsabili della trasmissione sinaptica rapida e diretta. La loro liberazione avviene in risposta a potenziali d'azione e porta a una rapida comunicazione tra neuroni.
a centro denso = catecolammine
vescicole grandi (ovvero tra 100-150 nm) = contengono neuropeptidi
vescicole grandi e scure = contengono neuropeptidi. Sono coinvolte nella modulazione della trasmissione sinaptica e possono avere effetti più duraturi rispetto ai neurotrasmettitori classici. La loro liberazione è spesso associata a stimoli più intensi o prolungati.

Sintesi di neuropeptide
Il neuropeptide necessita di una sintesi proteica, che avviene vicino al nucleo dove è presente il DNA e l’mRNA per far avvenire la sintesi proteica. Non può essere sintetizzato altrove. Alcuni neurotrasmettitori non vanno sintetizzati ma vanno assunti con la dieta.
Il neurone ha una forma anatomica molto complicata e spostare i neurotrasmettitori è un problema, poiché il neuropeptide non va usato nel soma ma va usato dalle sinapsi che si trovano lontane dal soma. Quindi, il neurone per spostare le vescicole dal nucleo alla sinapsi, usa il flusso asso-plasmatico. Esso permette di trasportare le vescicole da una parte all’altra del neurone. Le vescicole vengono trasportate mediante il citoscheletro.
Il citoscheletro è composto da proteine, che sono di tre classi:

tubulina = costituisce i microtubuli
filamenti intermedi (neurofilamenti nel caso dei neuroni)
microfilamenti = corrispondono all’actina, che insieme alla miosina permette la contrazione cellulare

I neuroni sono ricchi di tutte queste proteine.
I dendriti sono riempiti da tubuli, che stirano la membrana andando a dare la forma.
L’assone è costituito da microtubuli affiancati da uno scheletro di neurofilamenti.
L’actina serve a mantenere le membrane stirate ed è concentrata nel bottone sinaptico.

Tutti questi elementi sono alla base del flusso assoplasmatico.

Esistono due forme di flusso assoplasmatico:

lento = va ad una velocità di 1 mm/giorno, esso è dovuto alla sintesi di tubulina, che crea i tubuli, i quali si vanno ad aggiungere ai tubuli vecchi facendoli spostare all’interno dell’assone (si spostano anche i contenuti dei tubuli, ovvero i neurotrasmettitori)
rapido = va ad una velocità di 400 mm/giorno, esso si basa sullo scheletro di microtubuli che può essere percorso dai motori cellulari

Motori cellulari

anterogrado = va dal corpo cellulare alla sinapsi, sfrutta la chinesina che usando l’ATP riesce a cambiare conformazione
retrogrado = va dalla sinapsi al soma, sfrutta la dineina che usando l’ATP riesce a cambiare conformazione

Al di sopra di queste proteine ci sono diverse vescicole che sono trasportate.
Le vescicole piccole sono estremamente importanti perchè possono essere riempite direttamente nella sinapsi, mentre le vescicole grandi devono tornare indietro. Questo avviene perché il neuropeptide può essere prodotto solo nel soma, mentre i neurotrasmettitori classici possono essere sintetizzati direttamente nella sinapsi (questi ultimi sfruttano un processo molto più veloce ed economico dal punto di vista energetico).

Ci può essere un enzima peptidico che può degradare i neurotrasmettitori.

Nei neuroni ci sono moltissime vescicole, ma solo una piccola parte è immediatamente utilizzabile. Di questa piccola parte, una porzione ancora minore è direttamente disponibile per essere utilizzata quando arriva lo stimolo. Ciò accade perché i neuroni devono avere molte riserve di neurotrasmettitori, in quanto per produrre un neurotrasmettitore ci vuole molto tempo.
Buona parte delle vescicole neuronali non è dentro la sinapsi, questo rilascio di un neurotrasmettitore peptidico è un ibrido tra il rilascio endocrino e quello nervoso. La sintesi è la stessa, ma alla fine si riesce a rilasciare il neurotrasmettitore un po’ dovunque.

I neurotrasmettitori classici (ossia i peptidi e le monoammine) hanno delle vescicole molto differenti, specifiche solo per le cellule neuronali. Queste sono vescicole sinaptiche (clear vescicles), alla base della trasmissione neuronale, che esprimono una serie di proteine sulla loro superficie che autonomizzano la sintesi e il rilascio dei neurotrasmettitori classici. La sintesi ed il rilascio dei neurotrasmettitori dipende unicamente dal bottone sinaptico, che è indipendente dal soma. Ciò permette al bottone sinaptico di riempire e svuotare le vescicole rapidamente, oltre ad aumentare la capacità di trasmettere informazioni.
Ogni bottone sinaptico ha delle caratteristiche diverse, ma comunque riesce a creare e distruggere molto velocemente le vescicole.
Le vescicole sono indipendenti dal soma, in quanto tutte le reazioni avvengono nel bottone sinaptico (tranne il neurotrasmettitore che è prodotto nel soma).

Come si fa a portare il neurotrasmettitore nella vescicola?

Sintesi: I neurotrasmettitori classici, come l'acetilcolina, la dopamina, la serotonina e il glutammato, vengono sintetizzati a partire da precursori chimici.
Trasporto nelle Vescicole: Dopo la sintesi, i neurotrasmettitori devono essere trasportati all'interno delle vescicole sinaptiche. Le vescicole sinaptiche contengono proteine di trasporto specifiche, come il trasportatore vescicolare della dopamina (VMAT), che utilizzano un gradiente di protoni (H+) per trasportare i neurotrasmettitori all'interno delle vescicole.
Meccanismo di Azione: VMAT utilizza un gradiente elettrochimico di protoni (H+) per trasportare i neurotrasmettitori. Questo gradiente è creato da una pompa protonica che utilizza ATP per pompare protoni all'interno della vescicola, creando così un ambiente acido all'interno della vescicola rispetto al citoplasma. Quando un neurotrasmettitore come la dopamina entra nella vescicola, i protoni vengono scambiati con il neurotrasmettitore. In altre parole, per ogni molecola di dopamina che entra nella vescicola, un protone viene rilasciato nel citoplasma.

Sintesi e rilascio dei neurotrasmettitori classici

I neurotrasmettitori classici sono le molecole chimiche più comuni nel sistema nervoso centrale (SNC) e periferico. Vengono sintetizzati e rilasciati in modo relativamente semplice, agendo rapidamente per trasmettere segnali tra i neuroni. La loro sintesi e rilascio seguono un processo ben definito.

Sintesi

I neurotrasmettitori classici vengono sintetizzati nel terminale presinaptico dei neuroni, direttamente dal precursore che può essere un amminoacido o una molecola derivata da esso:

glutammato = viene sintetizzato a partire dall’amminoacido glutammina
dopamina = viene sintetizzata dalla tirosina
noradrenalina = viene sintetizzata dalla dopamina

Una volta sintetizzati, i neurotrasmettitori vengono caricati in vescicole sinaptiche all’interno del terminale presinaptico, dove vengono immagazzinati fino al momento del rilascio.

Rilascio

Il rilascio dei neurotrasmettitori avviene in risposta a un potenziale d’azione che arriva al terminale presinaptico. Quando il potenziale d’azione raggiunge il terminale, si verifica un afflusso di calcio (Ca²⁺) attraverso canali ionici dipendenti dal voltaggio. Questo aumento del calcio intracellulare stimola le vescicole sinaptiche, contenenti i neurotrasmettitori, a fondersi con la membrana presinaptica.

Una volta fuse con la membrana, le vescicole rilasciano i neurotrasmettitori nell’intervallo sinaptico (lo spazio tra il neurone presinaptico e quello postsinaptico), attraverso un processo chiamato esocitosi.

Meccanismo d’azione

Una volta rilasciati, i neurotrasmettitori classici si legano ai recettori postsinaptici, che si trovano sulla membrana del neurone postsinaptico. I recettori possono essere ionotropici (canali ionici che si aprono rapidamente quando il neurotrasmettitore si lega) o metabotropici (recettori accoppiati a proteine G che attivano secondi messaggeri, come il cAMP, per modulare la funzione della cellula).

Recettori ionotropici: Come nel caso del glutammato, che si lega a recettori AMPA e NMDA, causando l’apertura di canali ionici che permettono l’ingresso di sodio (Na⁺) e calcio (Ca²⁺), inducendo una depolarizzazione della cellula postsinaptica (eccitatoria).
Recettori metabotropici: Come nel caso della dopamina o dell’acetilcolina, che attivano una cascata di segnali intracellulari, modulando funzioni come l’apertura di canali ionici o l’attivazione di altre proteine coinvolte nella trasduzione del segnale.

Terminazione del segnale

Una volta che il neurotrasmettitore ha attivato il recettore, il segnale viene rapidamente terminato per evitare una stimolazione eccessiva. I meccanismi di terminazione includono:

Riassorbimento del neurotrasmettitore nel terminale presinaptico tramite specifici trasportatori (ad esempio, il riassorbimento del glutammato o della dopamina).
Degradazione enzimatica, come nel caso dell’acetilcolina che viene degradata dall’enzima acetilcolinesterasi.
Trasmissione sinaptica chimica

La trasmissione sinaptica chimica può essere suddivisa in quattro tappe principali. Ecco una descrizione dettagliata di ciascuna di queste fasi:

1. Sintesi e Deposito del Neurotrasmettitore

Sintesi: I neurotrasmettitori vengono sintetizzati all'interno del neurone. Questo processo varia a seconda del tipo di neurotrasmettitore.
Deposito: Una volta sintetizzati, i neurotrasmettitori vengono immagazzinati in vescicole sinaptiche, piccole sacche all'interno della terminazione presinaptica. Le vescicole sono caricate con neurotrasmettitori tramite trasportatori specifici che utilizzano il gradiente di protoni per concentrare i neurotrasmettitori all'interno delle vescicole.

2. Liberazione del Neurotrasmettitore

Stimolo: Quando un potenziale d'azione raggiunge la terminazione presinaptica, provoca l'apertura dei canali del calcio (Ca²⁺) voltaggio-dipendente nella membrana presinaptica.
Entrata del Calcio: L'ingresso di ioni calcio nella cellula presinaptica è un segnale chiave che stimola le vescicole sinaptiche a fondersi con la membrana presinaptica.
Rilascio: Le vescicole si fondono con la membrana e rilasciano i neurotrasmettitori nello spazio sinaptico (la fessura tra il neurone presinaptico e quello postsinaptico) attraverso un processo chiamato esocitosi.

3. Legame del Neurotrasmettitore con Recettori Postsinaptici

Legame: I neurotrasmettitori rilasciati si legano ai recettori specifici sulla membrana del neurone postsinaptico. Questo legame può attivare i recettori e generare una risposta nel neurone postsinaptico.

4. Terminazione del Segnale

Riassorbimento: I neurotrasmettitori possono essere riassorbiti nel neurone presinaptico tramite trasportatori specifici, un processo noto come ricaptazione.
Degradazione: Alcuni neurotrasmettitori vengono degradati da enzimi presenti nello spazio sinaptico.
Diffusione: I neurotrasmettitori possono anche diffondere lontano dalla sinapsi, riducendo la loro concentrazione nello spazio sinaptico.

Ogni neurone sintetizza e/o immagazzina nelle vescicole un solo neurotrasmettitore classico che può essere associato a neuropeptide o altre molecole a basso peso molecolare.

Nel contesto della trasmissione sinaptica, i termini "pool di riserva", "pool di riciclo" e "pool di rilascio (RRP - Ready Release Pool)" si riferiscono a diverse popolazioni di vescicole sinaptiche che hanno ruoli specifici nel processo di rilascio dei neurotrasmettitori. Ecco una spiegazione di ciascun pool e dove vengono utilizzati:

Pool di Rilascio (RRP - Ready Release Pool) = Questo pool è composto da vescicole sinaptiche pronte per essere rilasciate in risposta a un potenziale d'azione. Queste vescicole sono già fuse o quasi fuse con la membrana presinaptica e possono rilasciare rapidamente i neurotrasmettitori.
Pool di Riciclo = Questo pool comprende vescicole che sono state già utilizzate per il rilascio di neurotrasmettitori e che vengono riassorbite e riciclate per essere riutilizzate. Le vescicole vuote vengono recuperate dalla membrana presinaptica e riportate all'interno del neurone.
Pool di Riserva = Questo pool è composto da vescicole sinaptiche che non sono immediatamente disponibili per il rilascio. Queste vescicole sono stoccate in una posizione più lontana dalla membrana presinaptica e richiedono un'attivazione aggiuntiva per essere mobilitate e portate al pool di rilascio.

Ora analizzeremo meglio il ruolo del calcio nella sinapsi chimica

Ruolo del calcio nella sinapsi chimica

Il calcio libero all’esterno della cellula è molto maggiore rispetto quello interno alla cellula. Ma nella cellula c’è tantissimo calcio non libero, in alcuni depositi, quindi la cellula può acquisire il calcio sia dall’esterno che dall’interno.
Il calcio per entrare nella cellula passa all’interno di un canale, esso è voltaggio-dipendente e quando la membrana viene depolarizzata il canale si apre e fa entrare il calcio.

Una parte di vescicole è attaccata alla membrana. Il bottone sinaptico ha un suo citoscheletro di actina, a cui sono adese le vescicole del pool di riserva, la molecola che tiene attaccate le vescicole è la sinapsina. Essa poi interagisce con altre molecole, che sono la calcio-calmodulina chinasi II e Rab3.

La calcio-calmodulina chinasi II (CaMKII), la sinapsina e Rab3 sono tutte proteine coinvolte nella regolazione della trasmissione sinaptica e nel rilascio di neurotrasmettitori. Ognuna di queste proteine ha un ruolo specifico, e la loro interazione è fondamentale per la plasticità sinaptica e la comunicazione neuronale. Ecco come si collegano:

Calcio-Calmodulina Chinasi II (CaMKII): CaMKII è un enzima che viene attivato dal legame del calcio (Ca²+) alla calmodulina. Una volta attivata, fosforila diverse proteine, influenzando vari processi cellulari, inclusa la plasticità sinaptica.
Sinapsina: La sinapsina è una proteina che regola il ciclo di vita delle vescicole sinaptiche, mantenendole pronte per il rilascio di neurotrasmettitori. È coinvolta nel legame delle vescicole alla membrana presinaptica e la sua fosforilazione può influenzare la disponibilità delle vescicole per il rilascio.
Rab3: Rab3 è una proteina G della famiglia Rab, coinvolta nel traffico delle vescicole sinaptiche. Rab3 è particolarmente importante per il rilascio di neurotrasmettitori, poiché regola il posizionamento e l'ancoraggio delle vescicole sinaptiche alla membrana presinaptica. Rab3 interagisce con altre proteine per facilitare l'esocitosi delle vescicole.
Interazioni tra le Proteine:
CaMKII e Sinapsina: CaMKII fosforila la sinapsina, facendola separare dall’actina.
Rab3 e Sinapsina: Rab3 interagisce con la sinapsina, conducendola verso la membrana (traffico)

Docking e Fusione delle Vescicole Sinaptiche

Il processo di docking (attracco) è una fase critica nella trasmissione sinaptica, durante la quale le vescicole sinaptiche, contenenti neurotrasmettitori, si preparano a fondersi con la membrana presinaptica. Questo processo è mediato da un gruppo di proteine chiamate proteine SNARE (Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor Attachment protein Receptors), che sono:

1. Sinaptobrevina (VAMP)

Funzione: La sinaptobrevina, conosciuta anche come VAMP (Vesicle-Associated Membrane Protein), è una proteina di membrana presente nelle vescicole sinaptiche. Essa gioca un ruolo chiave nel riconoscimento e nell'ancoraggio delle vescicole alla membrana presinaptica
Meccanismo: Quando una vescicola sinaptica si avvicina alla membrana presinaptica, la sinaptobrevina si lega a sintaxina e SNAP-25, formando un complesso SNARE che è essenziale per la fusione delle membrane.

2. Sintaxina

Funzione: La sintaxina è una proteina SNARE localizzata sulla membrana presinaptica. Essa è fondamentale per il corretto ancoraggio e la fusione delle vescicole.
Meccanismo: La sintaxina interagisce con la sinaptobrevina e SNAP-25 per formare un complesso stabile. Questa interazione è necessaria per il successivo passaggio di fusione, che porta al rilascio dei neurotrasmettitori.

3. SNAP-25

Funzione: SNAP-25 è un'altra proteina SNARE che si trova sulla membrana presinaptica e contribuisce alla formazione del complesso SNARE.
Meccanismo: SNAP-25 ha due domini transmembrana che si legano sia alla sinaptobrevina nelle vescicole che alla sintaxina sulla membrana presinaptica, facilitando così la fusione delle vescicole.

4. Sinaptotagmina

Funzione: La sinaptotagmina è una proteina che funge da sensore di calcio e gioca un ruolo cruciale nel processo di fusione delle vescicole.
Meccanismo: Quando il calcio entra nella cellula, la sinaptotagmina si lega agli ioni di calcio e cambia conformazione. Questo cambiamento permette alla sinaptotagmina di interagire con il complesso SNARE, facilitando la fusione delle vescicole con la membrana presinaptica e il rilascio dei neurotrasmettitori.

Processo di Fusione

Docking: Le vescicole si ancorano alla membrana presinaptica grazie all'interazione tra sinaptobrevina, sintaxina e SNAP-25.
Fusione: La sinaptotagmina, una volta attivata dal calcio, promuove la fusione delle vescicole con la membrana presinaptica. Questo processo richiede l'energia fornita dall'attivazione del calcio (Ca²+) e l'azione di altre proteine accessorie.
Rilascio di Neurotrasmettitori: Dopo la fusione, i neurotrasmettitori vengono rilasciati nella fessura sinaptica, dove possono legarsi ai recettori post-sinaptici, trasmettendo il segnale al neurone successivo. Dopo ciò, la vescicola viene richiusa e riciclata.

La fissione e la fusione delle vescicole sono due processi molto importanti nel trasporto vescicolare.

Fissione: Permette la formazione delle vescicole per il trasporto di molecole all'interno della cellula o verso l'esterno. È un processo molto veloce, che fa si che la vescicola sia subito riusata
Fusione: Consente di rilasciare il carico della vescicola nel punto di destinazione e di rinnovare la composizione delle membrane cellulari. Processo più lungo che richiede l’ausilio di diverse proteine, prima tra tutte la clatrina.

La clatrina è una proteina che gioca un ruolo chiave nella formazione delle vescicole durante il processo di endocitosi. Si assemblea in una struttura a forma di rete che avvolge la membrana e facilita la fusione.

Veleni della trasmissione sinaptica chimica
Lo snare è il bersaglio di due tossine, quella botulinica e quella tetanica, che attaccano il complesso snare e lo distruggono. Ciò impedisce alla vescicole di fondersi con la membrana e quindi impedisce il rilascio dei neurotrasmettitori.
Il botulino fa rilassare il muscolo mentre il tetano lo fa contrarre, questo perché il botulino arriva dal sangue ma colpisce la prima sinapsi che trova, ovvero il motoneurone.
Il tetano arriva per il sangue ma viene assorbito e va a colpire un altro tipo di neurone che causa la contrazione.

Trasmissione adrenergica

La trasmissione adrenergica è il processo attraverso il quale il sistema nervoso simpatico trasmette segnali utilizzando i neurotrasmettitori adrenalina (epinefrina) e noradrenalina (norepinefrina).

Ecco una panoramica del processo:

1. Sintesi dei neurotrasmettitori

La noradrenalina e l'adrenalina vengono sintetizzate nei neuroni adrenergici e nella midollare del surrene attraverso i seguenti passaggi:

Tirosina → DOPA (tramite l'enzima tirosina idrossilasi).
DOPA → Dopamina (tramite l'enzima DOPA decarbossilasi).
Dopamina → Noradrenalina (tramite la dopamina β-idrossilasi).
Noradrenalina → Adrenalina (tramite la feniletanolamina N-metiltransferasi).

2. Conservazione e rilascio

Immagazzinamento: La noradrenalina viene accumulata nelle vescicole sinaptiche per essere protetta dalla degradazione.
Rilascio: In seguito a uno stimolo nervoso, i canali del calcio voltaggio-dipendenti si aprono, e il calcio facilita l'esocitosi delle vescicole, rilasciando il neurotrasmettitore nella fessura sinaptica.

3. Azione sui recettori adrenergici

La noradrenalina e l'adrenalina agiscono su due tipi principali di recettori adrenergici: α (alfa) e β (beta), ognuno con diversi sottotipi.

L’adrenalina ha un’alta affinità per i recettori β mentre la noradrenalina ha alta affinità per i recettori α. Poca noradrenalina attiva recettori α ma non β (viceversa per noradrenalina).

I recettori β attivano l’adenilciclasi mentre α2 le inibisce. α1 attiva la fosfolipasi C, ossia vanno su un’altra cascata, quella dell’IP3 (purina).

4. Rimozione del neurotrasmettitore

Dopo aver agito sui recettori, la noradrenalina viene rimossa dalla sinapsi tramite:

Riassorbimento: Ritorna nei terminali nervosi grazie a un trasportatore specifico (NET, norepinephrine transporter).
Degradazione

Trasmissione dopaminergica

La trasmissione dopaminergica è il processo attraverso il quale i neuroni dopaminergici comunicano utilizzando la dopamina come neurotrasmettitore. Questo sistema è essenziale per una serie di funzioni fisiologiche, tra cui il controllo motorio, la regolazione dell'umore, la motivazione e i meccanismi di ricompensa.

1. Sintesi della dopamina

La dopamina è sintetizzata nei neuroni dopaminergici a partire dall'amminoacido tirosina attraverso i seguenti passaggi:

Tirosina → L-DOPA: La tirosina è trasformata in L-DOPA dall'enzima tirosina idrossilasi (TH), il passaggio limitante.
L-DOPA → Dopamina: L-DOPA viene convertita in dopamina dall'enzima DOPA decarbossilasi.

2. Conservazione e rilascio

Immagazzinamento: La dopamina è immagazzinata in vescicole sinaptiche per prevenire la degradazione prematura.
Rilascio: Quando arriva un potenziale d'azione, i canali del calcio voltaggio-dipendenti si aprono, permettendo il rilascio della dopamina nella fessura sinaptica tramite esocitosi.

3. Azione sui recettori dopaminergici

La dopamina agisce legandosi a recettori specifici, divisi in due classi principali:

Recettori D1-like (D1, D5):
Attivano la proteina Gs, che stimola l'adenilato ciclasi, aumentando i livelli di AMP ciclico (cAMP). Hanno effetto eccitatorio
Recettori D2-like (D2, D3, D4):
Attivano la proteina Gi, che inibisce l'adenilato ciclasi, riducendo i livelli di cAMP. Hanno effetto inibitorio.

4. Rimozione del neurotrasmettitore

Dopo aver agito sui recettori, la dopamina viene rimossa dalla sinapsi tramite:

Riassorbimento: Trasportata all'interno del terminale presinaptico tramite il trasportatore della dopamina (DAT).
Degradazione

Biosintesi della serotonina

La serotonina è un ormone che deriva sempre da un amminoacido, ossia il triptofano.
Dal triptofano, con un’idrossilazione, ottengo il 5-idrossi-triptofano. Poi con una decarbossilazione arrivo alla 5-idrossi-triptanina, ossia la serotonina.
La serotonina ha tantissimi recettori.

Trasmissione glutamanergica
La trasmissione glutamatergica è il processo attraverso il quale il sistema nervoso centrale trasmette segnali utilizzando il glutammato come neurotrasmettitore principale. Il glutammato è il più abbondante neurotrasmettitore eccitatorio del cervello e del midollo spinale, ed è fondamentale per funzioni come la plasticità sinaptica, l'apprendimento e la memoria.
1. Sintesi e rilascio del glutammato
Sintesi:
Il glutammato è sintetizzato a partire da: Glutammina, convertita in glutammato dall'enzima glutaminasi.
Rilascio:
Il glutammato viene immagazzinato nelle vescicole sinaptiche grazie al trasportatore vescicolare del glutammato (VGLUT).
Quando un potenziale d'azione raggiunge il terminale presinaptico, l'ingresso di calcio stimola l'esocitosi e il rilascio di glutammato nella fessura sinaptica.
2. Azione sui recettori del glutammato
Il glutammato agisce su due tipi principali di recettori:
Recettori ionotropici:
Sono canali ionici regolati direttamente dal glutammato e includono:
Recettori AMPA:
Mediano risposte sinaptiche rapide.
Permettono il flusso di Na⁺ (in ingresso) e K⁺ (in uscita).
Recettori NMDA:
Coinvolti nella plasticità sinaptica e nell'apprendimento.
Sono permeabili a Na⁺, K⁺ e Ca²⁺.
Richiedono sia il glutammato che la glicina (o D-serina) come co-agonisti.
Bloccati a riposo da Mg²⁺, che viene rimosso solo con una depolarizzazione sufficiente (integrazione temporale/spaziale).
Recettori metabotropici:
Sono accoppiati a proteine G e modulano la trasmissione sinaptica e l'eccitabilità neuronale.
3. Rimozione del glutammato
Per prevenire una stimolazione eccessiva e la tossicità eccitatoria (eccitotossicità), il glutammato viene rapidamente rimosso dalla fessura sinaptica tramite:
Trasportatori di glutammato (EAATs): Assorbono il glutammato nelle cellule gliali e nei neuroni presinaptici. Nelle cellule gliali, il glutammato viene convertito in glutammina dall'enzima glutammina sintetasi e restituito ai neuroni.
4. Funzioni della trasmissione glutamatergica
Plasticità sinaptica
Sviluppo del sistema nervoso
Eccitazione neuronale
5. Patologie associate
Disfunzioni della trasmissione glutamatergica sono implicate in diverse condizioni neurologiche come l’eccitotossicità.
L’eccitotossicità è un eccesso di glutammato può portare alla morte neuronale.

La sintesi dell’ossido nitrico

L'ossido nitrico (NO) è un gas prodotto a partire dall'amminoacido arginina. La sua sintesi avviene grazie all'enzima ossido nitrico sintasi (NOS), che trasforma l'arginina in ossido nitrico.

L'enzima ossido nitrico sintasi può essere inducibile, ossia viene prodotto in condizioni particolari, come durante risposte fisiologiche o patologiche. La NOS è attivata quando è necessario produrre ossido nitrico immediatamente.

Funzione della NOS nei neuroni

La NOS è presente in diverse aree del corpo, tra cui la porzione post-sinaptica dei neuroni. Quando il neurone viene stimolato, l'ossido nitrico viene prodotto e si diffonde rapidamente, essendo un gas, per agire su altre cellule vicine. In particolare, l'ossido nitrico ha un ruolo importante nella plasticità sinaptica, dove potenzia il rilascio di glutammato, un neurotrasmettitore eccitatorio. Questo processo aiuta la modulazione delle comunicazioni tra i neuroni, favorendo l'attività sinaptica, ossia la plasticità presinaptica.

Regolazione della NOS e calcio

La produzione di ossido nitrico è calcio-dipendente, ovvero l'ingresso di ioni calcio all'interno del neurone attiva la NOS, che catalizza la conversione dell'arginina in ossido nitrico. Questo meccanismo è legato all'attività elettrica della cellula, poiché il calcio entra nel neurone in risposta a depolarizzazione (eccitazione elettrica della membrana cellulare).

Una volta prodotto, l'ossido nitrico non solo agisce sul neurone che lo ha prodotto, ma può diffondere anche verso altre cellule e influenzare i recettori specifici all'interno dei neuroni, potenziando ulteriormente il rilascio di glutammato.

Glutammato ed eccito-tossicità

Se il glutammato viene rilasciato in concentrazioni troppo elevate, può causare danni alle cellule nervose, un fenomeno chiamato eccito-tossicità, che porta alla apoptosi (morte cellulare programmata). Questo accade perché i neuroni sono pieni di vescicole contenenti glutammato che possono essere rilasciate durante l'eccitazione della cellula. Se l'eccitazione è troppo intensa, queste vescicole rilasciano troppo glutammato, il che può risultare dannoso.

Impatto della riduzione di ATP e della pompa sodio-potassio

Tutto questo sistema è delicato e dipende dal corretto bilanciamento di ioni calcio e dalla funzione della pompa sodio-potassio ATPasi, che regola la concentrazione di sodio e potassio all'interno della cellula. La pompa consuma molta energia sotto forma di ATP. Se scarseggiano risorse energetiche come il glucosio e l'ossigeno, la produzione di ATP diminuisce e la pompa non funziona correttamente. Questo porta ad un accumulo di sodio all'interno della cellula, che provoca depolarizzazione e eccitazione della cellula. Come risultato, c'è un rilascio eccessivo di glutammato, che può contribuire all'eccito-tossicità.

GABA e il suo ruolo

Il GABA (acido gamma-aminobutirrico) è l'opposto del glutammato: mentre il glutammato è un neurotrasmettitore eccitatorio, il GABA è un neurotrasmettitore inibitorio, che ha un effetto rilassante sulla cellula nervosa, riducendo la sua eccitabilità.

Oppiacei endogeni

Gli oppiacei endogeni sono una classe di neurotrasmettitori prodotti naturalmente dal corpo umano, e comprendono endorfine, encefaline e dinorfine. Questi composti sono coinvolti in una serie di funzioni fisiologiche, tra cui il controllo del dolore, la regolazione dello stress e la modulazione delle emozioni, in particolare quelle legate al piacere.

Gli oppiacei endogeni si legano a recettori specifici nella membrana cellulare dei neuroni postsinaptici, noti come recettori oppioidi.

Quando gli oppiacei endogeni si legano a questi recettori, inibiscono l'attività della adenilato ciclasi, riducendo la produzione di cAMP e abbassando l'attività cellulare. Questo processo porta a un effetto analgesico e a una riduzione della percezione del dolore.

Gli oppiacei endogeni sono particolarmente importanti nel controllo del dolore. In condizioni di dolore intenso, il corpo può rilasciare un numero maggiore di endorfine e encefaline per alleviare il disagio. Queste molecole, legandosi ai recettori oppioidi, bloccano la trasmissione del segnale doloroso e generano una sensazione di benessere.

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