Regulación hormonal en el ser humano: I aspectos moleculares

Las funciones de relación de los animales superiores son realizadas por dos sistemas diferentes, aunque coordinados y complementarios: el sistema nervioso y el endocrino. Ambos funcionan de un modo integrado para conseguir el efecto final, el ajuste entre la respuesta del organismo y las condiciones ambientales y el propio estado del organismo.

Se suele decir que el sistema nervioso se encarga de las respuestas rápidas y poco duraderas, mientras que el endocrino se ocupa de respuestas más lentas, pero que se mantienen más en el tiempo. También suele decirse que el sistema nervioso transmite la información mediante impulsos eléctricos, mientras que el endocrino lo hace utilizando mensajeros químicos, moléculas que viajan desde una célula secretora hasta un órgano diana, induciendo una respuesta en éste. Ahora bien, en realidad el sistema nervioso también utiliza mecanismos químicos para transmitir la información de una neurona a otra. De hecho, algunos neurotransmisores realizan también funciones hormonales fuera del sistema nervioso.

La relación entre el sistema nervioso y el endocrino se aprecia claramente en lo que se denomina sistema neuroendocrino: una parte del sistema nervioso central, el hipotálamo, segrega moléculas que actúan como mensajeros químicos regulando la actividad de la hipófisis, la glándula endocrina más importante por el papel de control que ejerce sobre el resto de los componentes de este sistema.

Precisando un poco, se puede decir que el sistema endocrino es un sistema de coordinación del organismo basado en la comunicación química entre las células que lo forman y que se relaciona principalmente con las funciones metabólicas celulares.

Sistemas de comunicación química

Los mensajeros químicos más conocidos son las hormonas, que se caracterizan por ser producidas en glándulas endocrinas específicas y difundirse a través del sistema circulatorio hasta sus órganos diana. Sin embargo, existen también otros tipos de sustancias que participan en la transmisión química de la información: los mensajeros autocrinos y los mensajeros paracrinos. Una clasificación de los distintos tipos de mensajeros químicos incluiría:

• Mensajeros autocrinos: actúan sobre la misma célula que los produce (mensajeros intracelulares).
• Mensajeros paracrinos: actúan sobre células que se encuentran próximas a las secretoras. Incluyen varios tipos de sustancias, tales como los factores de crecimiento característicos de diferentes tejidos, los mediadores de la inflamación (prostaglandinas, prostaciclinas, tromboxanos y leucotrienos) y de la respuesta inmunitaria (histamina, interleucinas, interferón) o los factores de coagulación. En un sentido amplio podrían incluirse también en esta categoría los neurotransmisores.
• Mensajeros neuroendocrinos: son sustancias secretadas directamente por neuronas al medio extracelular o al sistema circulatorio, y que ejercen efectos, en particular, sobre glándulas endocrinas.
• Mensajeros endocrinos (hormonas): estas sustancias son producidas por una glándula endocrina y liberadas al sistema circulatorio, a través del cual llegan a sus órganos diana, produciendo efectos en ellos.
• Feromonas: se sintetizan en glándulas exocrinas y se liberan al entorno, difundiéndose mediante el aire o el agua. Las feromonas son capaces de producir respuestas en otros organismos de la misma especie, en general modificando su comportamiento.

Clasificación química

Desde el punto de vista químico, se pueden encontrar cinco tipos de sustancias que actúan como mensajeros químicos en el organismo:

• Esteroides: son compuestos de naturaleza lipídica, derivados químicamente del ciclopentanoperhidrofenantreno. A este grupo pertenecen las hormonas producidas por la corteza suprarrenal, las hormonas sexuales tanto masculinas como femeninas y la forma activa de la vitamina D.
• Derivados de ácidos grasos poliinsaturados, en concreto del ácido araquidónico. Incluyen un importante grupo de mensajeros paracrinos: prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos. Son de naturaleza hidrofóbica.
• Derivados de aminoácidos: moléculas de pequeño tamaño y de naturaleza hidrófila. Incluyen la adrenalina y la noradrenalina, las hormonas tiroideas y la melatonina.
• Péptidos de cadena corta. Entre estas hormonas se encuentran los factores hipotalámicos, algunas hormonas de la hipófisis como el ACTH o la MSH, hormonas del sistema gastrointestinal, la calcitonina, la vasopresina y la oxitocina.
• Proteínas: incluyen el resto de las hormonas de la hipófisis y la insulina.

Además, se conoce la función como mensajeros químicos de algunas moléculas de pequeño tamaño, que difunden fácilmente a través de la membrana y que poseen receptores citoplásmicos, como son el óxido nítrico (NO) o el monóxido de carbono.

Mecanismo de transducción de señales

Sea cual sea el tipo de mensajero químico, todos tienen en común el hecho de que son vertidos al medio intercelular, pero ejercen su función en el interior de la célula diana. El proceso que permite transmitir la información desde el exterior de la célula hasta su interior se denomina transducción. En este proceso suelen estar implicados varios elementos: el mensajero químico que procede del exterior (que recibe el nombre de primer mensajero), un receptor situado en la superficie de la célula diana, un sistema transductor acoplado al receptor y un mensajero químico intracelular (segundo mensajero).

No todos los elementos están presentes en todos los mecanismos de transducción de señales. En particular, las hormonas lipídicas son capaces de difundir a través de la membrana, por lo que no necesitan receptores en la superficie de la célula diana. En su lugar, se unen a un receptor citoplasmático que las traslada hasta el núcleo de la célula, donde llevan a cabo su función.

Las hormonas hidrosolubles poseen receptores situados en la membrana de las células diana. Estos receptores son siempre glucoproteínas transmembranosas, y están relacionados con mecanismos que provocan una reacción intracelular a la unión del mensajero químico. En general, lo que ocurre es la entrada en funcionamiento de un compuesto en el interior de la célula, el segundo mensajero. Existen varios tipos de sistemas de transducción de señales:

• Los receptores hormonales acoplados a proteínas G. Las proteínas G son complejos multienzimáticos transmembranosos asociados a receptores de membrana. En su forma inactiva están unidas a GDP, pero cuando el mensajero se une al receptor se unen a GTP, activándose. La proteína G activa induce la formación de un segundo mensajero, que puede ser de varios tipos.
• Receptores hormonales unidos a proteín tirosín kinasas. La fosforilación de proteínas es un mecanismo común para modificar la actividad enzimática. Las enzimas fosforiladas tienen características diferentes a las que no lo están. Estos receptores, una vez activados por la hormona, fosforilan otras proteínas, alterando su actividad.
• Receptores ligados a la producción de GMP cíclico.

Los sistemas de transducción dan lugar a la formación de diferentes segundos mensajeros, cada uno de ellos asociados a un tipo diferente de receptores de membrana:

• El AMP cíclico está relacionado con las proteínas G. Es el segundo mensajero más importante en las células, relacionado con diferentes hormonas que pueden activar o inhibir su producción. El AMPc activa una enzima que fosforila otras proteínas, modificando su tasa de actividad. Las proetínas reguladas por el AMPc controlan rutas metabólicas, el transporte a través de membrana y la transcripción de algunos genes.
• El inositol fosfato se produce por hidrolisis de lípidos de membrana. Esta reacción da lugar a dos segundos mensajeros: el citado inositol fosfato y el diacilglicérido que estaba unido a él. El diacilglicérido actúa igual que el AMPc, aunque se produce en células diferentes, mientras que el inositol fosfato provoca la salida de calcio del retículo hacia el citoplasma.
• El calcio, cuando se libera al citoplasma, se une a la calmodulina y desencadena una serie de fosforilaciones en proteínas. El efecto del calcio es opuesto al del AMPc, cuya síntesis inhibe.
• El GMPc provoca la fosforilación de otras proteínas celulares, diferentes a las fosforiladas en respuesta al AMPc.
• Las proteínas ras son también fosforilasas. Se activan en relación con los receptores asociados a proteín tirosín kinasas. Estas proteínas están relacionadas con cieros tipos de tumores.
• Las proteínas STAT también están relacionadas con las proteín tirosín kinasas. En este caso estas proteínas se unen al ADN, promoviendo la transcripción de determinados genes.

La acción hormonal sobre las células del organismo es enormemente versátil: las diferentes células pueden tener receptores para distintos mensajeros, acoplados a varios sistemas de transducción y a diferentes segundos mensajeros. A su vez, éstos actuarán modificando las enzimas que se expresan en esa célula y no en otras. De este modo, un número relativamente pequeño de sustancias químicas puede regular de una forma muy flexible el metabolismo en distintos órganos y tejidos.