37.2: Cómo funcionan las hormonas

Habilidades para Desarrollar

• Explicar cómo funcionan las hormonas
• Discutir el papel de los diferentes tipos de receptores hormonales

Las hormonas median los cambios en las células diana al unirse a receptores hormonales específicos. De esta manera, a pesar de que las hormonas circulan por todo el cuerpo y entran en contacto con muchos tipos celulares diferentes, solo afectan a las células que poseen los receptores necesarios. Los receptores para una hormona específica pueden encontrarse en muchas células diferentes o pueden limitarse a un pequeño número de células especializadas. Por ejemplo, las hormonas tiroideas actúan sobre muchos tipos de tejidos diferentes, estimulando la actividad metabólica en todo el cuerpo. Las células pueden tener muchos receptores para la misma hormona pero a menudo también poseen receptores para diferentes tipos de hormonas. El número de receptores que responden a una hormona determina la sensibilidad de la célula a esa hormona, y la respuesta celular resultante. Adicionalmente, el número de receptores que responden a una hormona puede cambiar con el tiempo, resultando en aumento o disminución de la sensibilidad celular. En la regulación positiva, el número de receptores aumenta en respuesta al aumento de los niveles hormonales, haciendo que la célula sea más sensible a la hormona y permitiendo una mayor actividad celular. Cuando el número de receptores disminuye en respuesta al aumento de los niveles hormonales, llamados regulación a la baja, la actividad celular se reduce.

La unión al receptor altera la actividad celular y da como resultado un aumento o disminución de los procesos corporales normales. Dependiendo de la ubicación del receptor de proteínas en la célula diana y la estructura química de la hormona, las hormonas pueden mediar los cambios directamente al unirse a los receptores hormonales intracelulares y modular la transcripción génica, o indirectamente al unirse a los receptores de la superficie celular y estimular vías de señalización.

Receptores hormonales intracelulares

Las hormonas derivadas de lípidos (solubles), como las hormonas esteroides, se difunden a través de las membranas de la célula endocrina. Una vez fuera de la célula, se unen para transportar proteínas que las mantienen solubles en el torrente sanguíneo. En la célula diana, las hormonas se liberan de la proteína portadora y se difunden a través de la bicapa lipídica de la membrana plasmática de las células. Las hormonas esteroides pasan a través de la membrana plasmática de una célula diana y se adhieren a receptores intracelulares que residen en el citoplasma o en el núcleo. Las vías de señalización celular inducidas por las hormonas esteroides regulan genes específicos en el ADN de la célula. Las hormonas y el complejo receptor actúan como reguladores de la transcripción al aumentar o disminuir la síntesis de moléculas de ARNm de genes específicos. Esto, a su vez, determina la cantidad de proteína correspondiente que se sintetiza alterando la expresión génica. Esta proteína puede ser utilizada ya sea para cambiar la estructura de la célula o para producir enzimas que catalizan reacciones químicas. De esta manera, la hormona esteroidea regula procesos celulares específicos como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{1}\).

Figura\(\PageIndex{1}\): Un receptor nuclear intracelular (NR) se localiza en el citoplasma unido a una proteína de choque térmico (HSP). Tras la unión hormonal, el receptor se disocia de la proteína de choque térmico y se transloca al núcleo. En el núcleo, el complejo hormona-receptor se une a una secuencia de ADN llamada elemento de respuesta hormonal (HRE), que desencadena la transcripción y traducción de genes. El producto proteico correspondiente puede entonces mediar los cambios en la función celular.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Las proteínas de choque térmico (HSP) se llaman así porque ayudan a replegar las proteínas mal plegadas. En respuesta al aumento de la temperatura (un “choque térmico”), las proteínas de choque térmico se activan por liberación del complejo NR/HSP. Al mismo tiempo, se activa la transcripción de genes HSP. ¿Por qué crees que la célula responde a un choque térmico aumentando la actividad de las proteínas que ayudan a replegar las proteínas mal plegadas?

Responder

Las proteínas se despliegan, o se desnaturalizan, a temperaturas más altas.

Otras hormonas liposolubles que no son hormonas esteroides, como la vitamina D y la tiroxina, tienen receptores localizados en el núcleo. Las hormonas se difunden tanto a través de la membrana plasmática como de la envoltura nuclear, luego se unen a los receptores en el núcleo. El complejo hormona-receptor estimula la transcripción de genes específicos.

Receptores hormonales de membrana plasmática

Las hormonas derivadas de aminoácidos y las hormonas polipeptídicas no son derivadas de lípidos (solubles en lípidos) y por tanto no pueden difundirse a través de la membrana plasmática de las células. Las hormonas insolubles en lípidos se unen a receptores en la superficie externa de la membrana plasmática, a través de receptores hormonales de membrana plasmática. A diferencia de las hormonas esteroides, las hormonas insolubles en lípidos no afectan directamente a la célula diana porque no pueden ingresar a la célula y actuar directamente sobre el ADN. La unión de estas hormonas a un receptor de superficie celular resulta en la activación de una vía de señalización; esto desencadena la actividad intracelular y lleva a cabo los efectos específicos asociados a la hormona. De esta manera, nada pasa a través de la membrana celular; la hormona que se une en la superficie permanece en la superficie de la célula mientras que el producto intracelular permanece dentro de la célula. La hormona que inicia la vía de señalización se denomina primer mensajero, que activa un segundo mensajero en el citoplasma, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{2}\).

Figura\(\PageIndex{2}\): Las hormonas derivadas de aminoácidos epinefrina y norepinefrina se unen a receptores beta-adrenérgicos en la membrana plasmática de las células. La unión hormonal al receptor activa una proteína G, que a su vez activa la adenil ciclasa, convirtiendo el ATP en AMPc. El cAMP es un segundo mensajero que media una respuesta específica de la célula. Una enzima llamada fosfodiesterasa descompone el AMPc, terminando la señal.

Un segundo mensajero muy importante es el AMP cíclico (AMPc). Cuando una hormona se une a su receptor de membrana, se activa una proteína G que se asocia con el receptor; las proteínas G son proteínas separadas de los receptores que se encuentran en la membrana celular. Cuando una hormona no está unida al receptor, la proteína G es inactiva y se une al difosfato de guanosina, o GDP. Cuando una hormona se une al receptor, la proteína G se activa al unirse al trifosfato de guanosina, o GTP, en lugar del PIB. Después de la unión, el GTP es hidrolizado por la proteína G en GDP y se vuelve inactivo.

La proteína G activada a su vez activa una enzima unida a la membrana llamada adenilil ciclasa. La adenilciclasa cataliza la conversión de ATP en AMPc. El cAMP, a su vez, activa un grupo de proteínas llamadas proteínas quinasas, que transfieren un grupo fosfato de ATP a una molécula sustrato en un proceso llamado fosforilación. La fosforilación de una molécula sustrato cambia su orientación estructural, activándola así. Estas moléculas activadas pueden entonces mediar cambios en los procesos celulares.

El efecto de una hormona se amplifica a medida que avanza la vía de señalización. La unión de una hormona a un solo receptor provoca la activación de muchas proteínas G, lo que activa la adenil ciclasa. Cada molécula de adenilil ciclasa desencadena entonces la formación de muchas moléculas de AMPc. La amplificación adicional ocurre ya que las proteínas quinasas, una vez activadas por AMPc, pueden catalizar muchas reacciones. De esta manera, una pequeña cantidad de hormona puede desencadenar la formación de una gran cantidad de producto celular. Para detener la actividad hormonal, el AMPc es desactivado por la enzima citoplasmática fosfodiesterasa, o PDE. La PDE siempre está presente en la célula y descompone el AMPc para controlar la actividad hormonal, evitando la sobreproducción de productos celulares.

La respuesta específica de una célula a una hormona insoluble en lípidos depende del tipo de receptores que están presentes en la membrana celular y las moléculas sustrato presentes en el citoplasma celular. Las respuestas celulares a la unión hormonal de un receptor incluyen alterar la permeabilidad de la membrana y las vías metabólicas, estimular la síntesis de proteínas y enzimas, y activar la liberación de hormonas.

Resumen

Las hormonas causan cambios celulares al unirse a los receptores en las células diana. El número de receptores en una célula diana puede aumentar o disminuir en respuesta a la actividad hormonal. Las hormonas pueden afectar a las células directamente a través de los receptores hormonales intracelulares o indirectamente a través de receptores hormonales

Las hormonas derivadas de lípidos (solubles) pueden ingresar a la célula difundiéndose a través de la membrana plasmática y uniéndose al ADN para regular la transcripción génica y cambiar las actividades de la célula induciendo la producción de proteínas que afectan, en general, la estructura y función a largo plazo de la célula. Las hormonas insolubles en lípidos se unen a receptores en la superficie de la membrana plasmática y desencadenan una vía de señalización para cambiar las actividades de la célula induciendo la producción de varios productos celulares que afectan a la célula a corto plazo. La hormona se llama primer mensajero y el componente celular se llama segundo mensajero. Las proteínas G activan el segundo mensajero (AMP cíclico), desencadenando la respuesta celular. La respuesta a la unión hormonal se amplifica a medida que avanza la vía de señalización. Las respuestas celulares a las hormonas incluyen la producción de proteínas y enzimas y la alteración de la permeabilidad de la membrana.

Glosario

adenilato ciclasa

una enzima que cataliza la conversión de ATP en AMP cíclico

regulación a la baja

una disminución en el número de receptores hormonales en respuesta al aumento de los niveles hormonales

primer mensajero

la hormona que se une a un receptor hormonal de membrana plasmática para desencadenar una vía de transducción de señales

Proteína G

una proteína de membrana activada por la hormona primer mensajero para activar la formación de AMP cíclico

receptor hormonal

la proteína celular que se une a una hormona

receptor intracelular de la hormona

un receptor hormonal en el citoplasma o núcleo de una célula

fosfodiesterasa (PDE)

enzima que desactiva el AMPc, deteniendo la actividad hormonal

receptor hormonal de membrana plasmática

un receptor hormonal en la superficie de la membrana plasmática de una célula

arriba-regulación

un aumento en el número de receptores hormonales en respuesta al aumento de los niveles hormonales