HORMONAS, RECEPTORES Y SEGUNDOS MENSAJEROS
COORDINACIÓN DE LAS FUNCIONES CORPORALES POR MENSAJEROS
QUÍMICOS
Las múltiples
actividades de las células, los tejidos y los órganos del cuerpo están
coordinadas mediante la interacción de diversos tipos de mensajeros químicos:
1.- NEUROTRANSMISORES
Liberados por los
axones terminales de las neuronas en las uniones sinápticas y que actúan
localmente controlando las funciones nerviosas.
2.- HORMONAS ENDOCRINAS
Producidas por
glándulas o por células especializadas que las secretan a la sangre circulante
y que influyen en la función de las células situadas en otros lugares del
organismo.
3.- HORMONAS NEUROENDOCRINAS
Secretadas por las
neuronas hacia la sangre y que influyen en las funciones de células de otras partes
del cuerpo.
4.- HORMONAS PARACRINAS
Secretadas por
células hacia el líquido extracelular para que actúen sobre células vecinas de
un tipo distinto.
5.- HORMONAS AUTOCRINAS
Producidas por
células y que pasan al líquido extracelular desde el que actúan sobre las
mismas células que las fabrican uniéndose a receptores de su superficie.
6.- CITOCINAS
Péptidos secretados
por las células hacia el líquido extracelular y que pueden funcionar como
hormonas autocrinas, paracrinas o endocrinas. Entre ellas se encuentran las
interleucinas (IL), y otras linfocinas secretadas por los linfocitos
colaboradores que actúan sobre otras células del sistema inmunitario. Las
hormonas citocinas, por ejemplo, leptina, producidas por los adipositos se
conocen a veces como adiposinas.
Muchos de los
sistemas regulados por los mensajeros químicos del organismo interactúan entre
sí para mantener la homeostasis. Por ejemplo, la médula suprarrenal y la
glándula hipofisiaria secretan sus hormonas principalmente en respuesta a los
estímulos nerviosos.
Las células
neuroendocrinas, situadas en el hipotálamo, poseen axones que terminan en la
neurohipófisis y en la eminencia medial y que secretan diversas neurohormonas,
como la hormona antidiurética (ADH), la oxitocina y las hormonas hipofisiarias,
encargadas de controlar la secreción de las hormonas de la adenohipófisis.
Las hormonas endocrinas viajan por el
aparato circulatorio hasta llegar a las células de todo el cuerpo, incluidas
las del sistema nervioso en algunos casos, donde se unen a los receptores e
inician numerosas reacciones. Algunas hormonas endocrinas afectan a muchos
tipos distintos de células del organismo, así, la hormona del crecimiento (de
la adenohipófisis) es la responsable del crecimiento de la mayoría de los
tejidos y la tiroxina (de la glándula tiroides) incrementa la velocidad de
muchas reacciones químicas en casi todas las células corporales.
Otras hormonas actúan
solo en determinados tejidos efectores, ya
que solo estos tejidos poseen receptores para esta molécula. Por ejemplo, la
corticotropina (ACTH) de la adenohipófisis estimula específicamente la corteza
suprarrenal, haciendo que secrete hormonas corticosuprarrenales; a su vez, las
hormonas de los ovarios ejercen efectos específicos sobre los órganos sexuales
femeninos y las características sexuales secundarias del cuerpo de la mujer.
Los múltiples
sistemas hormonales del cuerpo intervienen en la regulación de casi todas las
funciones del mismo, incluidos el metabolismo, el crecimiento y el desarrollo,
el equilibrio hidro-electrolítico, la reproducción y el comportamiento. Por
ejemplo, las personas que carecen de hormona de crecimiento sufren de enanismo.
Si la glándula tiroides deja de secretar tiroxina y triyodotironina, casi todas
las reacciones químicas del organismo se harán mas lentas y la persona se
volverá torpona. Sin insulina pancreática, las células apenas pueden utilizar
los hidratos de carbono alimentarios como fuente energética. Por último, sin
las hormonas sexuales, el desarrollo y las funciones sexuales no tiene lugar.
GLANDULA ENDOCRINA
Es un acumulo de
células especializadas capaces de sintetizar y secretar a la circulación
sustancias bioquímicas denominadas hormonas, estas son sustancias
biológicamente activas que van a realizar su efecto en algún órgano.
HORMONA
Son sustancias
químicas que se sintetizan y secretan por las glándulas endocrinas, circulan
por el sistema vascular y ejercen efectos bioquímicos en células blanco o
efectoras, que se encuentra cerca o lejos de su sitio de origen.
NOTA: Las células diana también
son llamadas efectoras o diana al igual que los órganos. Los órganos diana son
la hipófisis, la glándula pineal, el hipotálamo en parte, la tiroides, el
páncreas, las glándulas suprarrenales y los ovarios y testículos (gónadas).
Hay dos grandes tipos
de hormonas, unas que son proteicas, que son las aminas, las proteínas y
polipéptidos y las glucoproteínas, y otras que son esteroideas de naturaleza
lipídica y tienen como precursor común el colesterol.
CLASIFICACIÓN QUÍMICA DE LAS HORMONAS
1.- AMINAS:
Proceden de los
aminoácidos tirosina y triptófano. Son las hormonas secretadas por la médula
suprarrenal, la glándula tiroides y la glándula pineal.
2.- POLIPÉPTIDOS Y PROTEINAS:
Las hormonas
polipeptídicas tienen generalmente menos de 100 aminoácidos, como la hormona
anti-diurética (ADH); y las hormonas proteicas son polipéptidos con mas de 100
aminoácidos, como la hormona de crecimiento (GH o HC).
3.- GLUCOPROTEÍNAS:
Estas son moléculas
constituidas por un polipéptido largo (de mas de 100 aminoácidos) unido a uno o
más grupos de hidrato de carbono, por ejemplo, la hormona folículo estimulante
(FSH) y la hormona luteo estimulante (LH).
4.- ESTEROIDES:
Son lípidos derivados
del colesterol, como por ejemplo la testosterona, el estradiol, la progesterona
y el cortisol.
CLASIFICACIÓN DE LAS HORMONAS DE ACUERDO AL SITIO DE
ACCIÓN
1.- AUTOCRINA:
La acción de la
hormona es sobre la célula que la produjo. Secretadas por las células y que
pasan al líquido extracelular desde el que actúan sobre las mismas células que
las producen uniéndose a receptores de su superficie.
2.- PARACRINA:
La acción de la
hormona es sobre células vecinas. “Para” significa alrededor. Secretada por
células hacia el líquido extracelular para que actúen sobre las nauronas
vecinas de un tipo distinto.
3.- ENDOCRINA:
La hormona actúa
sobre células distantes. La hormona viaja por el sistema vascular y se desplaza
hasta una zona distante de la glándula que lo produjo y ejerce su efecto en una
célula u órgano blanco. Influyen en las funciones de células de otras partes
del cuerpo.
Hay otros tipos de
comunicación hormonal:
4.- FEROHORMONALES:
La hormona no viaja
por la sangre sino que lo hace por el aire. Este mecanismo es utilizado
principalmente por los animales, en los humanos es muy poco frecuente.
5.- NEUROCRINO:
Es una comunicación
sináptica entre una neurona y una célula endocrina.
6.- SINAPSIS QUÍMICAS:
Ya que algunos de los
neurotransmisores participantes en estas sinapsis son considerados como
hormonas.
CLASIFICACIÓN DE LAS HORMONAS SEGÚN SU TIPO DE REGULACIÓN
1.- DE ASA LARGA:
Cuando el producto
periférico produce retroalimentación negativa o positiva a nivel hipofisiario o
hipotalámico, es decir, células distales.
2.- DE ASA CORTA:
Cuando el producto
hipofisiario actúa a nivel hipotalámico, es decir, a células cercanas
(paracrina).
3.- DE ASA ULTRACORTA:
Cuando el producto
hipotalámico o hipofisiario se autorregula (autocrina).
EJEMPLO:
En el hipotálamo se
producen los factores liberadores de las hormonas, en este caso el factor
liberador de hormona luteinisante (LHRH), este va a actuar a nivel de la
hipófisis para que se produzca la hormona luteinisante (LH), la cual actúa a
nivel de las células de Leydig en el testículo para que se produzca una hormona
llamada testosterona.
La testosterona
retroalimenta tanto la hipófisis, para que no produzca mas LH como el
hipotálamo, para que no produzca mas LHRH. La hipófisis regula también al
hipotálamo con la LH para que no siga produciendo LHRH. Y el hipotálamo a su
vez se va a autoregular.
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La acción del hipotálamo
hasta la hipófisis según su sitio de acción es paracrina.
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La acción de la hipófisis en
las células de Leydig según si tipo de acción es endocrina.
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La acción de la testosterona
sobre la hipófisis y el hipotálamo según su mecanismo de regulación es de asta
larga.
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La acción de la hipófisis
sobre el hipotálamo es paracrina según su sitio de acción y de asta corta según
su mecanismo de regulación.
-
La acción de la hipófisis
sobre sí misma es autocrina según su sitio de acción y de asta ultracorta según
su mecanismo de regulación.
SINTESIS Y SECRECIÓN DE HORMONAS
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HORMONAS
POLIPEPTÍDICAS Y AMINAS
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Son células con un retículo
endoplásmico rugoso bien desarrollado.
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Va a haber un ARNm
(mensajero) libre que se va a unir a un ribosoma libre y va a determinar la
traducción de un codón inicial (AUG), este codón inicial es la Preprohormona.
-
Luego, un péptido señal
seune a una proteína de reconocimiento de la señal (PRS) y se comienza a formar
una proteína naciente que va a pasar a través de la membrana retícular, la cual
se conoce como Prohormona.
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Esta prohormona tiene una
semivida corta.
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En el caso de las
glucoproteínas se adicionan azucares.
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La prohormona se libera de
la cadena peptídica adicional y da lugar a la HoRMONA Madura.
-
La hormona pasa entonces al
aparato de Golgi donde se almacena hasta su secreción.
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Las hormonas proteicas deben
almacenarse en vesículas de secreción porque ellas no pueden atravesar las membranas, ya que no son
liposolubles.
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Pero si son hidrosolubles
por lo que pueden transportarse libremente en el plasma.
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HORMONAS
ESTEROIDEAS
-
Derivan del colesterol.
-
Son liposolubles, por lo
tanto no se almacenan.
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No son hidrosolubles, por lo
tanto necesitan proteínas transportadoras que las desplace por el torrente
sanguíneo.
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La velocidad de secreción es
controlada por la velocidad de síntesis, porque ellas no se almacenan, se van
secretando y se van sintetizando.
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La hormona metabólicamente
activa es la libre, es decir, que mientras esté unida a su proteína
transportadora está inactiva y no puede hacer nada.
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HORMONAS
PROTEICAS O POLIPEPTIDICAS
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HORMONAS
ESTEROIDEAS
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Mayoría de las hormonas.
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Derivan del Colesterol
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Diferentes tamaños, desde 3 aminoácidos
(TRH) hasta 200 aminoácidos (GH, PRL)
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Están formadas por tres anillos de
ciclohexilo y un anillo de ciclopentilo combinados en una estructura única: perhidrociclopentanefenantereno.
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Son hidrosolubles
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Son liposolubles
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Son producto de las traducción de genes
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Necesitan proteínas transportadoras para
circular por el torrente sanguíneo
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Sufren variaciones post-traduccionales:
Preprohomonas (RE), Prohormonas (RE) y Hormona madura/activa (AG)
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La hormona metabólicamente activa es la
libre.
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Se almacenan en vesículas hasta su
secreción.
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No se almacenan
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SINTESIS
DE LAS HORMONAS ESTEROIDEAS
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La estructura química de las
hormonas esteroideas se asemeja a la del colesterol y, en la mayoría de los
casos, se sintetizan a partir de éste. Aunque las células endocrinas secretoras
de esteroides apenas almacenan hormona, tras un estímulo adecuado puede
movilizar con rapidez los grandes depósitos de ésteres de colesterol de las
vacuolas del citoplasma para la síntesis de esteroides. Gran parte del
colesterol de las células productoras de esteroides procede del plasma, aunque
también hay una síntesis de novo del colesterol.
-
En este proceso de síntesis
de esteroides, hay un paso importante, el paso limitante que es el paso del
colesterol a PREGNENOLONA, que tiene
que ver con el citrocromo P450
(mitocondrias). La enzima que cataliza esta reacción es la 20-22 Desmolasa a nivel de las mitocondrias.
NOTA: Para que una sustancia
química haga un efecto dentro del organismo debe unirse a un receptor.
RECEPTORES HORMONALES Y SU ACTIVACIÓN
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Las hormonas se combinan con
los receptores.
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Los receptores son proteínas
grandes.
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Tiene una alta
especificidad, es decir, que cada receptor es específico para cada hormona.
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Hay hormonas que tienen
receptores en toda su economía, por ejemplo la hormona de crecimiento, pero hay
otras que solo tienen receptores en un solo órgano, como por ejemplo, la
hormona estimulante en el tiroides.
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La afinidad es variable.
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Los receptores son
saturables, dependiendo de la cantidad de hormonas.
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Estos receptores pueden
degradarse.
·
LOCALIZACIÓN
DE LOS RECEPTORES
-
En
la membrana están los receptores para la adrenalina,
noradrenalina y las hormonas proteicas en general. Los receptores de las
hormonas proteicas deben estar en las membranas, por no ser liposolubles.
-
Los receptores para las
hormonas esteroideas están en el
citoplasma.
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Hay un caso especial, que es
el de la tiroxina y triyodotironina, que tienen sus receptores a nivel del núcleo.
MECANISMO DE ACCIÓN HORMONAL
-
La hormona es reconocida por
la célula diana, es decir la célula se une a su receptor.
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Se genera una señal
intracelular.
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Esta señal aumenta o
disminuye uno o más procesos intracelulares dependiendo del tipo de hormona y
de su acción.
·
HORMONAS
PROTEICAS:
-
Hay receptores de membrana
que están acoplados a la proteína G.
o PROTEÍNA G:
-
Tiene 3 subunidades que son
alfa, beta y gamma. Beta y gamma son comunes a todas las proteínas G, la que le
da la especificidad a cada una es la subunidad alfa, que es la que fija el GTP
(guanosis trifosfato) y lo degrada en GDP (guanosin difosfato).
-
Acopla complejos hormona
receptor, es decir, actúa como segundos mensajeros.
o AMP cíclico:
-
La hormona se fija a su
receptor de membrana acoplado a la proteína G y se activa la adenilato ciclasa.
-
El ATP se transforma en AMPc
y actúa sobre una protein kinasa. La protein kinasa tiene 2 subunidades
catalíticas y 2 regulatorias.
-
Al unirse el AMPc a las
subunidades catalíticas activas se produce la fosforilación.
-
Este proceso es degradado
por la fosfodiesterasa.
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Algunos receptores acoplados
a la adenilato ciclasa son la hormona adenocorticotropina (ACTH), la hormona
folículo estimulante (FSH), la calcitonina, el glucagon y la adrenalina
(específicamente para los receptores beta).
NOTA:
Proteína G (alfa, gamma y beta), se disocia alfa à
fija el GTP que se degrada a GDP à
la partícula alfa activa se une a la adenilatociclasa y la activa à
esta transforma ATP en AMPc aumentando su concentración à
Activa la Protein Kinasa à
desencadene la fosforilación de proteínas à
activa o inhibe sistemas específicos enzimáticos dentro de la célula.
o CALCIO COMO SEGUNDO
MENSAJERO:
-
La entrada de calcio es
iniciada por fenómenos elécricos.
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La concentración de calcio
extracelular es aproximadamente 10mil veces mayor que la intracelular.
-
Esta diferencia de
concentración está regulada por una Bomba Calcio-ATPasa y por el intercambio de
calcio por sodio (que sale calcio de la célula y entra sodio).
-
El calcio no está en el
citoplasma sino dentro de las organelas celulares.
-
Para que el calcio pueda
actuar necesita de la calmodulina, la cual tiene cuatro subunidades, 2 que
fijan calcio y 2 que fijan calcio y magnesio.
-
Cuando el calcio se fija a
la calmodulina se forma un complejo calcio calmodulina y este es el que actúa,
ya que el calcio solo no puede hacer nada dentro de la célula como segundo
mensajero.
-
Este complejo calcio
calmodulina funciona como una subunidad de varias enzimas, como la fosfolipasa
C, la protein kinasa C (PKC) y la fosfolipasa A2.
-
Es a través de esas enzimas
que se genera la respuesta celular.
o FOSFATIDILINOSITOL (PI):
-
Puede ser fosforilado y
producir PI 4-5 bifosfato (PIP2), que se metaboliza rápidamente.
-
El PIP2 o PI 4-5 bifosfato,
puede fosforilarse nuevamente y formar el fosfatidilinositol 1-4-5 trifosfato
(IP3) y el diacilglicerol que forma parte de la cascada de la inflamación.
-
El IP3, que es el segundo
mensajero, entra a la célula y saca el calcio.
-
El diacilglicerol activa la
protein kinasa, aumenta la afinidad por el calcio y desencadena la respuesta celular.
NOTA: Al aumentar la
concentración del IP3 aumentan las concentraciones de calcio en el citoplasma,
porque el calcio se encuentra es en las organelas. Cuando el calcio sale se une
a la calmodulina para formar el complejo calcio calmodulina, pudiendo actuar
como segundo mensajero.
·
HORMONAS
ESTEROIDEAS
-
Atraviesan fácilmente la
membrana celular puesto que son liposolubles.
-
Los receptores incluyen los
de vitamina D3y T3.
-
El
proceso inicia con la entrada de la hormona al
citoplasma.
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Esta se une a su receptor.
-
El complejo hormona receptor
es transportado al núcleo.
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Al llegar al núcleo se una
al ADN cromosómico y se forma un ARN mensajero libre.
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Ese ARNm libre difunde al
citoplasma y se une a un ribosoma libre y cuando esto sucede se forma un codón
inicial (AUG), este se une a una partícula de reconocimiento de la señal para
formar una preprohormona.
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La consecuencia final de la
actividad de las hormonas esteroideas es estimular la formación de nuevas
proteínas.
La hormona entra al citoplasma busca su
receptor y va al núcleo à
acá se une al ADN cromosómico à
se forma el ARNm à
se une al ribosoma libre à
Difunde al citoplasma à
traducción de proteína à
respuesta esteroidea.
REGULACIÓN HORMONAL
·
RETROALIMENTACIÓN
NEGATIVA
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Se inhibe la formación de hormonas.
o
sistema de regulación interno:
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La glándula tiende a
sobre-secretar su hormona.
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Esta hormona ejerce su
efecto regulados sobre el órgano diana o blanco.
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El órgano diana ejerce
entonces su función.
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Cuando la función es
excesiva o inadecuada se produce la disminución de la secreción de la hormona.
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El factor más importante en
la regulación no es la magnitud o cantidad de hormona que se secreta sino la
actividad del órgano diana.
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Por ejemplo, la hormona
estimulante de tiroides (TSH) estimula a la glándula tiroides para que esta
produzca T3 y T4. Si no hay producción de T3 y T4, no hay retroalimentación y
se sigue produciendo más cantidad de TSH. Si por el contrario la TSH actúa
sobre la tiroides y se producen T3 yT4 en niveles normales, no se sigue
produciendo TSH.
El hipotálamo produce
las neurohormonas, que son los factores liberadores, para que la hipófisis
produzca las hormonas hipofisiarias. Estas hormonas hipofisiarias actúan sobre
una glándula endocrina, que a su vez actúa sobre un órgano efector. Cuando este
órgano cumple con su función de manera adecuada se retroalimenta la hipófisis
para que no produzca mas hormonas hipofisiarias y se retroalimenta el
hipotálamo para que no produzca mas neurohormonas.