Neurotrasmettitori e Ormoni
fonti e autori vari
Neurotrasmettitori
Un neurotrasmettitore (o “neuromediatore”) è una sostanza che veicola le informazioni fra le cellule componenti il sistema nervoso, i neuroni, attraverso la trasmissione sinaptica (vedi sinapsi). All’interno del neurone, i neurotrasmettitori sono contenuti in vescicole dette vescicole sinaptiche che sono addensate alle estremità distali dell’assone nei punti in cui esso contrae rapporto sinaptico con altri neuroni. Nel momento in cui il neurone viene raggiunto da uno stimolo, le vescicole sinaptiche si fondono per esocitosi con la membrana pre-sinaptica, riversando il proprio contenuto nello spazio sinaptico o fessura inter-sinaptica. I neurotrasmettitori rilasciati si legano a recettori o a canali ionici localizzati sulla membrana post-sinaptica. L’interazione fra i neurotrasmettitore e il recettore/canale ionico scatena una risposta eccitatoria o inibitoria nel neurone post-sinaptico.
In relazione al tipo di risposta prodotta, i neurotrasmettitori possono essere eccitatori o inibitori, cioè possono rispettivamente promuovere la creazione di un impulso nervoso nel neurone ricevente o inibire l’impulso. Tra i neurotrasmettitori inibitori, i più noti sono l’acido gamma-amminobutirrico (GABA) e la glicina. Al contrario, il glutammato rappresenta il più importante neurotrasmettitore eccitatorio del cervello.
Molti neurotrasmettitori vengono rimossi dallo spazio tra le sinapsi da specifiche proteine che risiedono nelle membrane dei neuroni e delle cellule della glia. Questo processo prende il nome di ricaptazione (reuptake) o, spesso più semplicemente, captazione (uptake). Senza la ricaptazione, i neurotrasmettitori potrebbero continuare a stimolare o deprimere il neurone post-sinaptico. Un altro meccanismo di rimozione dei neurotrasmettitori è la loro distruzione tramite un enzima. Ad esempio, nelle sinapsi colinergiche (quelle del neurotrasmettitore acetilcolina) l’enzima acetilcolinesterasi distrugge l’acetilcolina.
Sulla base della dimensione, i neurotrasmettitori possono essere distinti in neuropeptidi e piccole molecole. I neuropeptidi comprendono dai 3 ai 36 amminoacidi, mentre nel gruppo delle piccole molecole ci sono amminoacidi singoli, come il glutammato ed il GABA, e i neurotrasmettitori come l’acetilcolina, la serotonina e l’istamina. I due gruppi di neurotrasmettitori presentano anche modalità di sintesi e rilascio differenti.
Farmaci, droghe ed altre sostanze possono interferire con il funzionamento dei neurotrasmettitori. Molte sostanze stimolanti e anti-depressive alterano la trasmissione dei neurotrasmettitori dopamina, norepinefrina (o noradrenalina) e epinefrina (adrenalina), chiamati nel complesso catecolamine. Ad esempio, la cocaina blocca la ricattura della dopamina, consentendole di rimanere più a lungo nello spazio inter-sinaptico. In particolare, la cocaina altera i circuiti dopaminergici del nucleus accumbens, una regione del cervello che è coinvolta nella spinta motivazione e nel rafforzamento emozionale. La reserpina, che è stata impiegata dapprima come agente anti-ipertensivo e successivamente come antipsicotico nel trattamento della schizofrenia, causando una deplezione di neurotrasmettitori mediante la rottura delle vescicole sinaptiche e la degradazione da parte delle monoammino ossidasi (MAO-A e MAO-B). Infine, l’AMPT impedisce la conversione della tirosina in L-DOPA ed il deprenile inibisce l’azione della monoammina ossidasi B, aumentando il livello della dopamina tra le sinapsi.
Trasporto intracellulare di neurotrasmettitori
La sintesi dei neurotrasmettitori avviene con modalità diverse a seconda della natura del neurotrasmettitore. I neuropeptidi vengono sintetizzati sottoforma di precursori (pre-propetidi) nel corpo cellulare a livello del Reticolo Endoplasmatico Rugoso (RER) e vengono successivamente processati in propetidi negli organuli del corpo cellulare. Al termine di questa fase, il propetide, contenuto in vescicole di trasporto, viene condotto attraverso l’assone fino alla terminazione sinaptica, ove viene impaccato nelle vescicole sinaptiche, chimicamente modificato e maturato in peptide.
Le piccole molecole a funzione di neurotrasmettitori vengono invece prodotte nel terminale sinaptico, dopo che gli enzimi necessari per il processo di sintesi sono stati prodotti nel corpo cellulare e trasportati fino al bottone sinaptico. Il trasporto fino al terminale sinaptico avviene lungo i microtubuli, che trasportano le vescicole con una velocità di 3 … 4.5 µm/s corrispondente a 250 … 400 mm/d (Brady & Lasek, Methods in Cell, Biol. 25: 365, 1982).
I microtubuli vengono costruiti (allungati di ca.1 µm/min corrispondente a 1.4 mm/d) oppure disfatti (raccorciati di ca. 7 µm/min corrispondente a 10 mm/d); si presume in funzione della loro necessità momentanea (Baylay et al. in Microtubules, Wiley-Liss Inc., p. 119, 1994). Vista la quantità di vescicole da trasportare in un neurone attivo, sono molti i microtubuli che svolgono questa funzione. La quantità di microtuboli anterogradi aumenta in fasi di grande attività neuronale e diminuisce in fasi di modesta attività. per riequilibrare i neutrasmettitori usare i tao (vedi bio-explorer)
Tipi di Neurotrasmettitore
Sono più di cinquanta le sostanze chimiche di cui è stata dimostrata la funzione di neurotrasmettitore a livello sinaptico. Ci sono due gruppi di trasmettitori sinaptici: quello costituito da trasmettitori a basso peso molecolare a rapida azione e il gruppo dei neuropeptidi di dimensioni maggiori ad azione più lenta.
Il primo gruppo è composto da trasmettitori responsabili della maggior parte delle risposte immediate del sistema nervoso, come la trasmissione di segnali sensoriali al cervello e di comandi motori ai muscoli. I neuropeptidi sono, invece, implicati negli effetti più prolungati, come le modificazioni a lungo termine del numero di recettori e la chiusura o l’apertura prolungata di alcuni canali ionici.
I neurotrasmettitori a basso peso molecolare vengono sintetizzati nel citosol della terminazione presinaptica e, successivamente, mediante trasporto attivo, sono assorbiti all’interno delle numerose vescicole presenti nel terminale sinaptico. Quando un segnale giunge al terminale sinaptico, poche vescicole alla volta liberano il loro neurotrasmettitore nella fessura sinaptica. Tale processo avviene in genere nell’arco di un millisecondo.
I neuropeptidi, invece, vengono sintetizzati come parti di grosse molecole proteiche dai ribosomi del soma neuronale. Tali proteine sono subito trasportate all’interno del reticolo endoplasmatico e quindi all’interno dell’apparato del Golgi, dove avvengono due cambiamenti. Dapprima, la proteina da cui originerà il neuropeptide viene scissa enzimaticamente in frammenti più piccoli, alcuni dei quali costituiscono il neuropeptide come tale oppure un suo precursore; successivamente, l’apparato di Golgi impacchetta il neuropeptide in piccole vescicole che gemmano da esso. Grazie al flusso assonale le vescicole sono trasportate alle estremità delle terminazioni nervose, pronte per essere liberate nel terminale nervoso all’arrivo di un potenziale d’azione. In genere i neuropeptidi vengono liberati in quantità molto minori rispetto ai neurotrasmettitori a basso peso molecolare, ma ciò è compensato dal fatto che i neuropeptidi sono assai più potenti.
Neurotrasmettitori comuni
derivati da amminoacidi
– acido aspartico
– acido glutammico
– acido gamma-amminobutirrico (GABA)
– glicina
monoammine (in ordine di sintesi)
dalla fenilalanina e dalla tirosina
– dopamina (da)
– – norepinefrina (o noradrenalina, ne)
– – – epinefrina (o adrenalina, epi)
dal triptofano
– serotonina (o 5-idrossitriptamina, 5ht)
– melatonina
dall’istidina
– istamina
polipeptidi (neuropeptidi)
– neurotensina (NT)
– galanina
– bombesine
– – bombesina
– – peptide rilasciante la gastrina (GRP)
– – neuromedina B
– gastrine
– – gastrina
– – colecistichinina (CCK)
– insuline
– – insulina
– neuroipofisiari
– – vasopressina
– – ossitocina
– – neurofisina I
– – neurofisina II
– neuropeptide Y
– – neuropeptide Y (NY)
– – polipeptide pancreatico (PP)
– – peptide YY (PYY)
– oppioidi
– – corticotropina (ACTH)
– – beta-lipotropina
– – dinorfina
– – endorfina
– – encefalina
– – leumorfina
– secretine
– – secretina
– – motilina
– – glucagone
– – peptide vasoattivo intestinale (VIP)
– – fattore di rilascio dell’ormone della crescita (GRF)
– somatostatine
– – somatostatina
– tachichinine
– – neurochinina A
– – neurochinina B
– – neuropeptide A
– – neuropeptide gamma
– – sostanza P
– ammine biogeniche
– – acetilcolina (ACh)
– altri
– – ossido di azoto (NO)
– – ossido di carbonio (CO)
– – anandamide
Ormoni
Un ormone (dalla lingua greca òpuàw – “mettere in movimento”) è un messaggero chimico che trasmette segnali da una cellula (o un gruppo di cellule) ad un’altra cellula (o altro gruppo di cellule). Tale sostanza è prodotta da un organismo con il compito di modularne il metabolismo e/o l’attività di tessuti ed organi dell’organismo stesso.
Tipo di azione e secrezione
Gli ormoni possono agire in due modi:[1]
alcuni (amminici, peptidici) si legano a specifici recettori presenti nella membrana citoplasmatica della cellula bersaglio, stimolandola a sintetizzare un secondo messaggero intracellulare (es. cAMP) che avvia a sua volta una cascata enzimatica che amplifica il segnale, modificando il metabolismo della cellula.
altri (steroidi, retinoidi, tiroidei) invece entrano nella cellula e si legano a recettori nucleari; il complesso ormone-recettore entra quindi nel nucleo per modificare l’espressione genica attivando di conseguenza la sintesi di proteine che regolano il metabolismo.
Gli ormoni sono prodotti da ghiandole endocrine, che li riversano nei liquidi corporei, gli ormoni a seconda delle loro secrezione possono essere classificati come:[2]
– ormoni endocrini: secreti nel sangue, vengono trasportati mediante il circolo sanguigno alle cellule bersaglio.
– ormoni paracrini: secreti nello spazio extracellulare
– ormoni autocrini: hanno come cellula bersaglio la stessa cellula che li ha secreti.
Struttura
Gli ormoni sono classificati, in base alla struttura, in tre gruppi:
ormoni peptidici
ormoni steroidei
ormoni derivati da amminoacidi
Ormoni peptidici
Sono degli ormoni costituiti da oligopeptidi o proteine. Vengono sintetizzati sotto forma di preormoni e solo dopo una successiva modificazione divengono attivi.[3] Un esempio è il paratormone, che nella sua forma di proormone è lungo 90 amminoacidi, mentre nella sua forma attiva ne contiene solo 84.
Altri ormoni di natura protidica sono l’insulina, prodotta dalle cellule B del pancreas, e il TRH, prodotto dall’ipotalamo, che è un importante fattore di rilascio che va ad agire sull’ipofisi per il rilascio dell’ormone tireostimolante (TSH), che a sua volta va ad agire sulla tiroide.
Gli ormoni protidici viaggiano nel circolo sanguigno fino ad arrivare alle cellule bersaglio. Qui, essendo polari, non riescono ad oltrepassare la membrana ma si legano a particolari recettori intramembranali.[4] Il loro attacco attiva l’adenilato ciclasi un enzima che forma AMPc (AMPciclico) partendo da ATP (adenosintrifosfato) e questo, con funzione di secondo messaggero, va a fosforilare, e quindi ad attivare, tutti gli enzimi necessari per la risposta ormonale[5].
Ormoni steroidei
Sono ormoni di natura lipidica e derivano da un precursore comune che è il colesterolo.[6] La trasformazione del colesterolo in ormoni steroidei interessa una quantità di materiale irrilevante, ma di estrema importanza fisiologica. I corticosteroidi derivano dal colesterolo per rimozione della catena laterale dell’anello D del colesterolo e aggiunta di atomi di ossigeno nella molecola per formare gruppi chetonici e ossidrilici.[7]
Gli ormoni steroidei si possono suddividere in due classi:[8]
– glucocorticoidi (es. cortisolo), che regolano il metabolismo dei carboidrati
– mineralcorticoidi (es. aldosterone), che regolano la concentrazione degli elettroliti nel sangue.
Gli ormoni steroidei formano un gruppo di ormoni lipofili che agiscono sul metabolismo, sulla crescita e la riproduzione. Anche essi viaggiano nel flusso circolatorio, trasportati da particolari proteine che prendono il nome di carrier: le SBP (Steroid Binding Protein). Questo fa in modo che l’ormone possa raggiungere le cellule bersaglio. Qui, essendo di natura lipidica, entra nella cellula e trova i suoi recettori a livello citoplasmatico o a livello nucleare. Il legame tra i due attiva come per gli ormoni protidici l’adenilato ciclasi (il meccanismo è identico a quello riportato precedentemente). Alcuni di questi ormoni però hanno il loro recettore posto sulla membrana esterna: qui il legame attiva la proteina G formata da tre subunità (alfa, beta e gamma). La subunità alfa dopo l’attacco si fosforila e si dissocia e va in circolo nel citoplasma dove viaggia e va ad attivare l’adenilato cilasi (meccanismo identico agli ormoni progestinici).
Tra gli ormoni steroidei abbiamo:
androgeni
tra i più noti il testosterone, a 19 atomi di carbonio, prodotto in maggior parte dal testicolo e dalle ghiandole surrenali nell’uomo. Nella donna è prodotto in piccole quantità dalle cellule della teca e dalle ghiandole surrenali. L’androsterone prodotto dall’ovario.
Entrambi sono importanti per la determinazione dei caratteri sessuali e del comportamento conseguente.
estrogeni
a 18 atomi di carbonio. Tra i più importanti c’è l’estradiolo, prodotto dalle ovaie, importante per l’accumulo di acidi grassi e per il processo di vitellogenesi.
progestinici
a 21 atomi di carbonio. Tra i più importanti c’è il progesterone prodotto dalle ovaie e dalla placenta.
Ormoni derivati da amminoacidi
Sono composti chimici derivati dalla modificazione di amminoacidi. Alcuni esempi sono le catecolamine e gli ormoni tiroidei (tiroxina e triiodotironina) derivanti dall’aminoacido tirosina, la serotonina derivante dal triptofano e l’istamina derivante dal’aminoacido istidina.
La regolazione del rilascio di ormoni
I livelli degli ormoni sono regolati dal sistema nervoso centrale, che riceve dei segnali da molti sensori interni e esterni (es. segnali di pericolo, la composizione del sangue, la pressione sanguigna) e, in risposta a questi segnali, stimola le ghiandole endocrine dell’organismo a sintetizzare gli ormoni appropriati.[9] La regione del cervello che regola i livelli degli ormoni è l’ipotalamo, che viene stimolato da questi segnali provenienti dall’ambiente a produrre specifici ormoni detti fattori di rilascio, che, raggiungendo l’ipofisi anteriore, stimolano quest’ultima a produrre un altro tipo di ormoni, le tropine. Le tropine attivano le ghiandole endocrine, stimolandole a produrre ormoni specifici e appropriati alla situazione.[10]
Note
1.^ Nelson e Cox, op. cit., pp. 910-911
2.^ Nelson e Cox, op. cit., p. 911
3.^ Nelson e Cox, op. cit., p. 912
4.^ Nelson e Cox, op. cit., p. 912
5.^ Nelson e Cox, op. cit., pp. 909 e 912
6.^ Nelson e Cox, op. cit., p. 913
7.^ Nelson e Cox, op. cit., p. 914
8.^ Nelson e Cox, op. cit., p. 914
9.^ Nelson e Cox, op. cit., p. 915
10.^ Nelson e Cox, op. cit., p. 916
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Differenze fondamentali tra Ormoni e Neurotrasmettitori:
(1) gli ormoni sono trasportati dal circolo sanguigno e possono agire con meccanismi autocrino (direttamente sulla ghiandola che li rilascia), paracrino (nelle vicinanze del punto di rilascio) ed endocrino (a distanza);
i neurotrasmettitori agiscono a livello sinaptico, quindi coprono distanze brevissime che sono quelle, appunto, dello spazio intersinaptco, ed il loro effetto sul bersaglio è quello di generare un potenziale d’azione (eccitatori, es adrenalina) o di inibirne la genesi (inibitori, es glicina).
(2) la risposta della cellula neuronale al neurotrasmettitore è del tipo TUTTO-O-NULLA: i neurotrasmettitori producono, cioè, su una determinata cellula, uno stimolo depolarizzante che, se supera la soglia, genera un potenziale d’azione sempre di eguale ampiezza che, come tale, si propaga lungo la membrana della cellula bersaglio; al contrario, l’azione degli ormoni è sempre dose-dipendente: ciò significa che, quanto più ormone va a legarsi al bersaglio, tanto più amplificato sarà l’effetto che produce.
Un ormone è un segnale chimico che viene secreto da cellule specifiche che si trovano in vari distretti corporei e viene trasportato dal sangue fino ad una cellula bersaglio dove esercita la sua azione.
Un neurotrasmettitore invece è pur sempre un segnale chimico ma questa volta viene rilasciato a livello di una sinapsi da un neurone verso un’altra cellula che può essere neurone o, per es, fibra muscolare.
In realtà la differenza non è nella struttura, per es. ci sono certi ormoni che sono anche neurotrasmettitori, come l’adrenalina, ma nel modo in cui viene trasportato alla cellula bersaglio, che negli ormoni è il sangue mentre nel caso dei neurotrasmettitori è la sinapsi.
C’è anche un’altra classe che viene chiamata neuromodulatori, che a differenza dei neurotrasmettitori viene sì rilasciata da una sinapsi ma diffonde in tutto il liquido circostante mentre il NT va solo verso i recettori della membrana postsinaptica.
La distinzione tra ormoni e neurotrasmettitori è più sfumata di quanto si creda.
Alcuni ormoni (cioè sostanze che agiscono a distanza dall’origine ed usando il sangue come mezzo di trasporto) non vengono secreti da cellule ghiandolari, come è di solito, ma da neuroni veri e propri. E’ il caso dell’ADH e della Ossitocina, che sono due ormoni secreti dalla neuroipofisi, ovvero quella parte dell’ipofisi che è costituita di assoni che originano da neuroni nell’ipotalamo. L’ADH controlla le resistenze periferiche e l’escrezione di acqua nei tubuli renali, l’ossitocina interviene durante il parto (agendo sull’utero) e l’allattamento, ma alcuni sostengono che influenzi anche comportamenti umani complessi, come l’amore.
Nell’intestino poi troviamo sostanze che funzionano da ormoni, ma che ne cervello funzionano da neurotrasmettitori, ad esempio il VIP, e qualche altro. In ogni caso, è un esempio di “economia” della nostra fisiologia, che usa le stesse molecole per scopi diversi.
approfondimento Sistema Endocrino: http://www.giovannichetta.it/sistemaendocrino.html