Resumen de los nombres y funciones de varias hormonas
(1) Mecanismo de acción de las hormonas animales
Las hormonas en los animales vertebrados son transportadas por el sistema circulatorio sanguíneo. En la sangre, la mayoría de las hormonas están unidas a las proteínas plasmáticas, mientras que una pequeña cantidad queda libre fuera del plasma, formando una relación equilibrada. Durante el proceso de circulación, algunas moléculas de hormonas libres se combinan con las células diana para desempeñar un papel, algunas ingresan al hígado y son destruidas por el hígado y pierden su actividad, y otras se excretan en la orina. Las moléculas hormonales unidas a las proteínas plasmáticas se pueden separar de las proteínas plasmáticas en cualquier momento para reponer las moléculas hormonales libres perdidas. Las hormonas esteroides, como la hormona adrenocortical, la tiroxina, etc., son casi insolubles en agua y no pueden liberarse del plasma. Deben utilizar moléculas de proteínas como portadoras para circular en la sangre.
Las moléculas hormonales viajan por el cuerpo y contactan con varias células, pero sólo pueden reconocer sus propias células diana. Esto se debe a que sólo las células diana tienen receptores que pueden unirse a moléculas hormonales. Algunas células diana de hormonas tienen receptores en su superficie, mientras que otras tienen receptores dentro de la célula en lugar de en su superficie. Los mecanismos de acción de estas dos hormonas son diferentes y se describen a continuación.
Las hormonas con receptores en las células diana (Figura 1)
Las hormonas esteroides liposolubles, como las hormonas adrenocorticales, los estrógenos y los andrógenos, pertenecen todas a esta categoría de hormonas. La tiroxina también entra en esta categoría.
Este tipo de hormonas son moléculas pequeñas, con masas moleculares relativas generalmente en torno a 300, y pueden atravesar la membrana celular y entrar en el citoplasma. Sus receptores son moléculas de proteínas en las células diana. Es difícil determinar si el receptor está en el citoplasma o en el núcleo. Estudios recientes han demostrado que sólo los receptores de glucocorticoides y mineralocorticoides se encuentran en el citoplasma, mientras que las hormonas sexuales, como los receptores de estrógeno, progesterona y quizás andrógenos, se encuentran en el núcleo. Después de que las hormonas ingresan a las células objetivo, se unen a moléculas receptoras específicas en el citoplasma o el núcleo. La combinación de hormonas y receptores actúa sobre el material genético en el núcleo, lo que hace que ciertos genes transcriban ciertos ARNm específicos, lo que lleva a la síntesis de proteínas específicas. Este proceso puede denominarse proceso de activación genética. La mayoría de estas hormonas tienen una acción de larga duración, que dura varias horas o incluso días. Y la mayoría de ellas pueden afectar la diferenciación de tejidos y el desarrollo de los organismos. Por ejemplo, las hormonas sexuales humanas pueden afectar la diferenciación y el desarrollo de los órganos humanos.
2. Receptores hormonales en la superficie de la membrana celular diana (ver imagen)
Las hormonas solubles en agua pertenecen a esta categoría, incluidas las hormonas polipeptídicas, como la insulina, la hormona del crecimiento, y glucagón, adrenalina de molécula pequeña, etc. Además, las prostaglandinas son liposolubles, pero es probable que sus receptores celulares diana se encuentren en la superficie celular. Esta hormona no puede cruzar la membrana celular, por lo que no puede ingresar a la célula objetivo y solo puede unirse a receptores en la superficie celular. Como resultado, se producen moléculas de monofosfato de adenosina cíclico (cAMP) en las células. CAMP provoca una serie de reacciones para lograr los efectos de las hormonas. Entonces, la función del AMPc parece ser la de transmitir señales hormonales. Si las hormonas se llaman primeros mensajeros, el AMPc es el segundo mensajero. Después de que el primer mensajero llega al receptor de la superficie celular, el AMPc lo "retransmite" dentro de la célula para realizar la intención del primer mensajero. Todo este proceso es muy complejo. Adrenalina, insulina, etc. A modo de ejemplo, sigue una breve descripción.
Después de que la epinefrina se une al receptor, el receptor se activa y actúa sobre la adenilato ciclasa en la superficie interna de la membrana celular. La adenilato ciclasa se activa y cataliza la conversión de ATP en AMPc. La función del AMPc es activar las proteínas quinasas en el citoplasma. La proteína quinasa activada activa la quinasa fosforilada (fosforilación) mediante el suministro de ATP. La fosfoquinasa activada suministra energía a través del ATP para activar la fosforilasa. Una vez que la fosforilasa activada está disponible, el glucógeno se puede hidrolizar a glucosa. Parte de la glucosa ingresa a la sangre y otra parte puede glicolizarse para producir ATP. Al mismo tiempo, la proteína quinasa activada también fosforila el glucógeno del citoplasma en enzimas y pierde actividad. La glucosa producida en la célula no puede convertirse en glucógeno. Sabemos que la adrenalina se libera principalmente cuando el cuerpo está en estado de emergencia. El resultado de la liberación es aumentar la glucosa y el ATP y evitar que la glucosa vuelva a sintetizar glucógeno. Esto asegura el suministro de energía para operaciones de emergencia (como pelear, cargar, correr, etc.). ).
Una vez que pasan los efectos hormonales, el contenido de cAMP vuelve a los niveles normales. Hay fosfodiesterasa en el citoplasma que puede hidrolizar el AMPc en AMP. Cuando se secreta la hormona, la proteína quinasa activa la fosfodiesterasa y pierde su actividad. Una vez que la hormona desaparece, la fosfodiesterasa reanuda su actividad e hidroliza rápidamente el exceso de AMPc.
En este punto, las hormonas y el AMPc han completado su tarea y las células han vuelto a su estado original.
Lo anterior es el proceso de acción de la adrenalina. El glucagón funciona de manera similar a la epinefrina. La insulina actúa de manera opuesta a la epinefrina y el glucagón. El receptor de insulina también se encuentra en la superficie celular, pero el receptor de insulina es diferente del receptor de glucagón: después de que la insulina se une al receptor, el contenido de AMPc en la célula no solo no aumenta, sino que disminuye. Esto muestra que la insulina inhibe la adenilil ciclasa, reduciendo así el contenido de AMPc y la actividad de la proteína quinasa. Como resultado, se bloquea el proceso de hidrólisis del glucógeno y se reduce la producción de glucosa. También se descubrió que la función de la insulina es aumentar el contenido de otro nucleótido cíclico, el monofosfato de guanosina cíclico (cGMP), en las células, el cGMP y el AMPc son mutuamente antagónicos. Aumentar el contenido de cGMP tiene el mismo efecto que disminuir el contenido de cAMP, ambos para prevenir la hidrólisis del glucógeno. Además, la insulina puede estimular la fosfodiesterasa, reduciendo así los niveles de AMPc intracelular.
En circunstancias normales, las glándulas endocrinas suelen secretar una pequeña cantidad de hormonas, y las células siempre contienen una pequeña cantidad de AMPc, que se encuentra en un estado de equilibrio para mantener el equilibrio de los líquidos corporales. La cafeína en el café y la teofilina en el té pueden prolongar la actividad de la epinefrina, posiblemente porque inhiben la actividad de la fosfodiesterasa, aumentando así los niveles de AMPc. La nicotina de los cigarrillos puede promover la actividad de la fosfodiesterasa, por lo que la nicotina puede reducir el contenido de AMPc intracelular.
3. Especificidad del receptor
Diferentes hormonas tienen diferentes objetivos, es decir, diferentes células diana, porque diferentes células diana tienen diferentes receptores hormonales en sus superficies. Por ejemplo, las células del hígado tienen receptores de glucagón, epinefrina e insulina en su superficie. Hay receptores adrenérgicos en la superficie de las células musculares, pero no receptores de glucagón. Por lo tanto, la epinefrina puede activar la adenilil ciclasa en las células musculares para hidrolizar el glucógeno en glucosa, mientras que el glucagón no tiene ningún efecto sobre las células musculares.
4. Mecanismo de cascada
El proceso de acción hormonal es un proceso continuo, y cada proceso se completa por la acción de las enzimas. Debido a que las moléculas de enzima se pueden reutilizar, la quinasa producida en la primera reacción permite que la segunda reacción produzca más moléculas de quinasa y la tercera reacción produce más moléculas de enzima que la segunda reacción. Con cada reacción adicional, se amplifica parte del efecto, que es característico del mecanismo en cascada (ver figura).
5. Activación de la adenilil ciclasa
El proceso de activación del receptor de la adenilil ciclasa es muy complejo (ver figura). El receptor no actúa directamente sobre la adenilil ciclasa, sino que activa la ciclasa a través de otra proteína llamada proteína G. Específicamente, los receptores activados por moléculas hormonales chocan y se unen a las proteínas G en la bicapa lipídica de la membrana. Como resultado, la proteína G se activa y se une al trifosfato de guanosina (GTP) en el citoplasma. Esta unión cambia la conformación de la proteína G, que puede unirse a la adenilato ciclasa y activar la adenilil ciclasa. La proteína g es en realidad una GTPasa. El GTP es una molécula de alta energía y la energía necesaria para la activación de la adenilil ciclasa proviene del GTP (GTP → PIB). La participación de la proteína G en este proceso es significativa y puede lograr el mismo efecto que una reacción en cascada. Un receptor activado puede encontrarse y combinarse continuamente con múltiples moléculas de proteína G, por lo que los efectos de las moléculas hormonales se amplifican enormemente junto con la reacción de la proteína G.
Además, cabe destacar que además de la proteína G mencionada anteriormente que favorece la activación de la adenilil ciclasa, existe otra proteína G que puede inhibir la adenilil ciclasa. La unión de hormonas inhibidoras a los receptores hace que las proteínas G inhibidoras funcionen e inhiban la actividad de la adenilil ciclasa. Como resultado, el contenido de CAMP intracelular disminuyó. Estos dos efectos opuestos permiten que un organismo ajuste su actividad metabólica de manera más eficiente y responda de manera más sensible a los cambios en las condiciones externas.
En definitiva, se requieren una serie de procesos continuos desde la unión de las moléculas hormonales a los receptores de las células diana hasta la producción de productos (glucosa). La secreción de hormonas es muy pequeña y pronto expirará. Sin embargo, se entregan pocas moléculas de hormonas al AMPc después de una serie de reacciones en cascada, el efecto aumenta paso a paso, pero el efecto final es muy grande. Se estima que una molécula de adrenalina puede hacer que las células liberen alrededor de 1010 moléculas de glucosa. Todo este proceso es muy complicado, ¡pero solo toma uno o dos minutos en completarse!
6. Moléculas mensajeras
Como moléculas de señalización, las hormonas como la epinefrina y la insulina no pueden ingresar a las células y solo pueden unirse a receptores en la superficie celular para causar que otra molécula mensajera en la célula actúe. El AMPc continúa funcionando, por lo que la molécula de la hormona se denomina primer mensajero y el AMPc se denomina segundo mensajero.
Después de que el primer mensajero se une al receptor de la superficie celular, el segundo mensajero, el AMPc, comienza su tarea de provocar que la célula responda. Entonces, la información que trae el segundo mensajero es la información que la célula "entiende" y la célula responde.
El papel del AMPc se descubrió en el estudio del metabolismo hepático, pero su papel no se limita al hígado: puede provocar diferentes efectos en diferentes células. Por ejemplo, la ACTH puede estimular las células de la corteza suprarrenal para que produzcan y liberen hidrocortisona, y el AMPc es el segundo mensajero en este proceso; la epinefrina no sólo puede promover la liberación de glucosa de las células del hígado, sino también acelerar la hidrólisis de la grasa en el tejido adiposo. acelerando los latidos del corazón. Estas reacciones también se logran a través de AMPc.
CAMP es una importante molécula reguladora celular. Las proteínas quinasas activadas por AMPc están presentes en células de muchos organismos, como ciliados como Tetrahymena, esponjas, medusas, nematodos, anélidos, moluscos, cefalópodos, langostas, estrellas de mar y diversos cordados. CAMP también existe en las células de bacterias y mixobacterias y desempeña un papel muy importante.
Además del AMPc, existen otras moléculas mensajeras entre las que destacan el inositol trifosfato y el Ca2+. Muchas hormonas vegetales utilizan Ca2+ como segundo mensajero. Algunas hormonas animales, así como muchos neurotransmisores, también pueden aumentar el Ca2+ intracelular después de unirse a los receptores, y este Ca2+ puede unirse a una proteína de unión especial, la calmodulina, provocando una reacción específica de la célula diana. Pero ahora se ha descubierto que existe una molécula intermedia entre las hormonas y el Ca2+, el trifosfato de inositol. Por lo tanto, el trifosfato de inositol es el segundo mensajero y el Ca2+ debe considerarse como el tercer mensajero. El trifosfato de inositol se deriva de moléculas de fosfolípidos en la membrana de los leucocitos y puede actuar sobre la membrana del retículo endoplásmico, haciendo que una gran cantidad de Ca2+ fluya fuera del retículo endoplásmico, aumentando en gran medida la concentración de Ca2+ en el citoplasma. Altas concentraciones de Ca2+ estimulan las células diana y producen las respuestas correspondientes.
Materiales de referencia:
www.dhxx.net.cn/zxzr/source/czsw/JSTJ/390_SR.asp