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Segnalazioni indirette

In questo tipo di segnalazioni, le sostanze chimiche extracellulari che hanno funzione di segnale sono riconosciute da cellule bersaglio, nelle quali inducono appropriate risposte.

Una classificazione dei segnali extracellulari è basata sulla distanza alla quale il segnale va ad agire.

Nei segnali endocrini, le cellule degli organismi endocrini rilasciano ormoni, sostanze segnale, che agiscono su un gruppo di cellule distanti. Nell'organismo umano è normalmente il sangue a trasportare gli ormoni endocrini dal sito dove sono stati rilasciati fino al loro bersaglio. Vi è anche una segnalazione neuroendocrina, quando sono le cellule nervose a rilasciare segnali chimici nel sangue.

Nei segnali paracrini, invece, le cellule bersaglio sono vicine alle cellule da cui parte il segnale, che agisce solo su di esse. Le sostanze chimiche che servono per questo tipo di trasmissione sono dette mediatori chimici locali. La conduzione di un impulso elettrico da una cellula nervosa a un'altra, oppure a un muscolo, è possibile utilizzando come segnali sostanze chimiche extracellulari, dette neurotrasmettitori. I neurotrasmettitori sono un esempio di segnali paracrini.

Un terzo tipo di segnali è costituito dai segnali autocrini, in cui le cellule rispondono a sostanze rilasciate da loro stesse.

La comunicazione attraverso segnali extracellulari normalmente comprende diversi momenti: sintesi e rilascio del mediatore chimico da parte delle cellule "trasmittenti"; trasporto alle cellule bersaglio; ricezione del segnale tramite specifiche proteine; trasduzione del segnale all'interno della cellula; risposta della cellula bersaglio. Alcune sostanze chimiche a volte possono agire in due o tre tipi di segnale, per esempio, come neurotrasmettitori (segnale paracrino) e come ormoni (segnale endocrino). Questo perché la capacità di una cellula di rispondere a una certa molecola segnale dipende dalla presenza di specifiche proteine in grado di legare la sostanza. Le proteine con queste caratteristiche sono dette recettori. In un organismo, cellule specializzate per determinate funzioni possiedono un insieme caratteristico di recettori, che le mettono in condizione di rispondere solamente a determinati segnali.

L'effetto finale della maggior parte dei segnali chimici sulle cellule bersaglio è quello di indurre la sintesi di nuove proteine o alterare la sintesi di quelle esistenti.

È intuitivo, quindi, come uno stesso mediatore chimico possa avere su cellule differenti effetti diversi, proprio perché l'interazione con il recettore induce risposte diverse. Per esempio, la noradrenalina (norepinefrina) è una sostanza che, prodotta e liberata dalle ghiandole surrenali, in quanto ormone stimola la contrazione cardiaca, provoca la dilatazione dei bronchi e fa aumentare la forza contrattile dei muscoli degli arti; ma agisce anche come neurotrasmettitore: esercita infatti azione vasocostrittrice, così come i neurotrasmettitori prodotti dal sistema nervoso simpatico.

La differenza principale fra il sistema a ormoni e quello a neurotrasmettitori è nel modo, più o meno diretto, in cui i due sistemi agiscono. Un neurone (cellula nervosa) invia messaggi a uno specifico insieme di cellule bersaglio (che possono essere cellule muscolari, ghiandolari o altre cellule nervose) e lo fa liberando il neurotrasmettitore verso quelle cellule in particolari siti, le sinapsi, dove avviene la comunicazione. L'azione degli ormoni, nel caso del segnale endocrino, è solitamente meno diretta: sono riversati nel circolo sanguigno, e quindi possono agire su cellule e organi situati in qualsiasi parte dell'organismo. Pertanto le differenze sono che i neuroni tendono ad agire a breve distanza su una particolare cellula o su un particolare insieme di cellule, e la comunicazione può avere luogo in pochi millisecondi; mentre un ormone secreto può agire su organi e cellule in qualsiasi parte dell'organismo, ma la comunicazione può richiedere anche diverse ore.

Quando sono destinati a coordinare la risposta delle cellule ad alterazioni dell'ambiente, i segnali chimici producono generalmente risposte veloci e temporanee. Per esempio, l'aumento dei livelli di glicemia (glucosio nel sangue) stimola le cellule endocrine del pancreas a secernere, e immettere nel sangue, l'ormone proteico insulina. Nel giro di qualche minuto, il conseguente aumento della concentrazione dell'insulina stimola le cellule epatiche e muscolari ad assumere più glucosio, e la glicemia si abbassa. A questo punto il tasso di secrezione dell'insulina, e di conseguenza quello di assunzione del glucosio da parte delle cellule epatiche e muscolari, ritorna ai livelli iniziali. Se la glicemia si abbassa troppo, entra in gioco un altro ormone, il glucagone, che induce il fegato a demolire glicogeno, rilasciando glucosio nel sangue. Al contrario dell'insulina, l'aumento di glucosio nel sangue blocca la secrezione di glucagone. In questa maniera si assicura la relativa costanza della concentrazione ematica del glucosio. Questo sistema di regolazione è detto a feed-back, cioè ad azione retroattiva, perché il prodotto dell'azione va a bloccare l'azione stessa.

I neurotrasmettitori inducono risposte anche più veloci: quando l'acetilcolina viene liberata dalle terminazioni nervose in corrispondenza delle giunzioni neuromuscolari, le cellule del muscolo scheletrico si contraggono e tornano a rilassarsi nel giro di qualche millisecondo.
 

I segnali chimici hanno anche una parte importante nello sviluppo corporeo, poiché concorrono spesso a determinare come e quando talune cellule devono differenziarsi. Questi effetti sono di solito lenti ad apparire, ma durano a lungo e in genere sono sostenuti da ormoni lipidici, scarsamente solubili in acqua, che permangono in circolo per un certo tempo. Per esempio l'ormone steroideo femminile estradiolo, che viene secreto in gran quantità, all'epoca della pubertà, dalle cellule dell'ovaio, induce modificazioni in una grande varietà di cellule delle diverse parti del corpo: modificazioni che finiscono con il promuovere l'evoluzione dei caratteri femminili secondari.

Le molecole segnale possono essere raggruppate in due categorie principali: piccole molecole liposolubili (solubili nei grassi) e molecole idrosolubili (solubili in acqua). Le molecole insolubili in acqua, gli ormoni steroidei e quelli prodotti dalla tiroide, si rendono solubili ai fini del trasporto nel circolo ematico, legandosi a specifiche proteine vettrici. La differenza di solubilità fra molecole liposolubili e molecole idrosolubili dà luogo a una fondamentale diversità fra i meccanismi che le due classi di molecole impiegano per agire sulle cellule bersaglio. Le molecole idrosolubili sono idrofile (amano l'acqua) e quindi, per poter penetrare attraverso il doppio strato lipidico della membrana plasmatica della cellula bersaglio, si legheranno a recettori proteici specifici, presenti sulla superficie cellulare. Gli ormoni steroidei e quelli della tiroide, invece, sono idrofobi e, una volta messi in libertà dalle proprie proteine trasportatrici, non avranno difficoltà ad attraversare la membrana plasmatica della cellula bersaglio; i recettori proteici specifici cui questi ormoni si legano sono situati all'interno della cellula.

Vi è un'eccezione ed è quella delle prostaglandine, una famiglia di molecole con caratteristiche lipidiche, che però si legano a recettori presenti sulla membrana cellulare. Le prostaglandine sono sintetizzate da molte cellule, agiscono con un meccanismo paracrino sulle cellule adiacenti e vengono distrutte velocemente. La funzione principale è di causare la contrazione della muscolatura liscia e l'aggregazione delle piastrine.

Il gruppo più rappresentativo degli ormoni liposolubili è quello degli steroidi e delle tiroxine. Tutti gli steroidi sono sintetizzati a partire dalla molecola del colesterolo, e quindi hanno una struttura chimica simile. Dopo aver attraversato la membrana plasmatica, essi interagiscono con proteine del citoplasma con funzione recettoriale e da questo momento in poi si comportano come segnali interni alle cellule. Tra i principali ormoni steroidei presenti nell'organismo umano si annoverano: i glicocorticoidi, cortisolo e corticosterone, che regolano il metabolismo del glucosio; i mineralcorticoidi, come l'aldosterone, che partecipano alla regolazione dell'equilibrio idro-salino dell'organismo; e gli steroidi sessuali, tra i quali il progesterone, il testosterone e gli estrogeni. Le tiroxine sono i principali composti contenenti iodio nel corpo umano, e causano un incremento del metabolismo nella maggior parte delle cellule.

La secrezione degli steroidi sessuali, come quella della maggior parte degli ormoni, è sotto il controllo di altri ormoni e di fattori di liberazione, prodotti da due organi importanti, l'ipofisi e l'ipotalamo. Le cellule nervose dell'ipotalamo sono cellule neurosecretrici, poiché rilasciano nei vasi sanguigni del peduncolo ipofisario delle molecole segnale. A loro volta le cellule dell'ipotalamo sono stimolate da cellule nervose non ancora identificate. Genericamente parlando, si può dire che l'ipotalamo innesca la secrezione di un ormone steroideo da parte di una ghiandola periferica, liberando un fattore che agisce sull'ipofisi. Questa poi secerne altri ormoni che influiscono sulle ghiandole periferiche, le quali, a loro volta, rispondono secernendo ormoni, che agiscono sulle cellule bersaglio. Nella pagina accanto è illustrato in maniera schematica come il sistema nervoso stimola la secrezione degli ormoni tiroidei, e come, tramite fenomeni di inibizione retroattiva, lo stimolo è regolato.

I fattori di liberazione ipotalamici, che regolano l'ipofisi e gli ormoni ipofisari, i quali a loro volta controllano la secrezione degli ormoni steroidei, non sono steroidi, ma fanno parte dell'altra importante classe di ormoni, quella degli ormoni peptidici. Questi ormoni sono solubili in acqua, non attraversano la membrana plasmatica e agiscono su recettori posti sulla membrana stessa. Questa classe di ormoni comprende proteine come l'insulina, fattori di crescita (per esempio, EGF, fattore di crescita dell'epidermide) e molecole più piccole, come i piccoli neurotrasmettitori (acetilcolina, singoli aminoacidi ecc.). Molti ormoni peptidici agiscono sull'apparato digerente: per esempio, la gastrina stimola la secrezione acida dello stomaco, e la somatostatina ne contrasta gli effetti, limitando la secrezione acida a gruppi isolati di cellule gastriche. Molti ormoni peptidici possono funzionare da messaggeri chimici sia nella comunicazione ormonale sia in quella nervosa. Le funzioni metaboliche controllate da questi ormoni comprendono il riassorbimento e l'utilizzazione del glucosio, l'immagazzinamento e la mobilizzazione dei grassi, e la secrezione di prodotti cellulari.

Media

Le segnalazioni tra cellule. Tipi di segnalazione.Le segnalazioni tra cellule. Tipi di recettori.Regolazione degli ormoni tiroidei.
Tabella dei mediatori chimici locali.

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