Hormona

Una hormona (del participio griego ὁρμῶν, "puesta en movimiento") es cualquier miembro de una clase de moléculas de señalización en organismos multicelulares, que se transportan mediante intrincados procesos biológicos a órganos distantes para regular la fisiología y el comportamiento.Las hormonas son necesarias para el correcto desarrollo de animales, plantas y hongos. La definición laxa de una hormona (como una molécula de señalización que actúa lejos de su sitio de producción) significa que muchas clases diferentes de moléculas pueden definirse como hormonas. Entre las sustancias que pueden considerarse hormonas, se encuentran los eicosanoides (p. ej., prostaglandinas y tromboxanos), esteroides (p. ej., estrógenos y brasinoesteroides), derivados de aminoácidos (p. ej., epinefrina y auxina), proteínas/péptidos (p. ej., insulina y péptidos CLE) y gases (p. ej., etileno y óxido nítrico).

Las hormonas se utilizan para la comunicación entre órganos y tejidos. En los vertebrados, las hormonas son responsables de la regulación de muchos procesos fisiológicos y actividades conductuales como la digestión, el metabolismo, la respiración, la percepción sensorial, el sueño, la excreción, la lactancia, la inducción del estrés, el crecimiento y el desarrollo, el movimiento, la reproducción y la manipulación del estado de ánimo. En las plantas, las hormonas modulan casi todos los aspectos del desarrollo, desde la germinación hasta la senescencia.

Las hormonas afectan a las células distantes al unirse a proteínas receptoras específicas en la célula diana, lo que provoca un cambio en la función celular. Cuando una hormona se une al receptor, da como resultado la activación de una vía de transducción de señales que normalmente activa la transcripción de genes, lo que da como resultado una mayor expresión de las proteínas diana. Las hormonas también pueden actuar en vías rápidas no genómicas que pueden ser sinérgicas con los efectos genómicos.Las hormonas solubles en agua (como los péptidos y las aminas) generalmente actúan sobre la superficie de las células diana a través de segundos mensajeros. Las hormonas solubles en lípidos (como los esteroides) generalmente atraviesan las membranas plasmáticas de las células diana (tanto citoplásmicas como nucleares) para actuar dentro de sus núcleos. Una excepción notable a esto son los brasinoesteroides (los brasinoesteroides son una clase de polihidroxiesteroides que han sido reconocidos como una sexta clase de hormonas vegetales y pueden tener utilidad como un fármaco contra el cáncer para los cánceres con respuesta endocrina para inducir la apoptosis e inhibir el crecimiento en las plantas) que, a pesar de ser solubles en lípidos, todavía se unen a su receptor en la superficie celular.

En los vertebrados, las glándulas endocrinas son órganos especializados que secretan hormonas en el sistema de señalización endocrino. La secreción de hormonas se produce en respuesta a señales bioquímicas específicas y, a menudo, está sujeta a una regulación por retroalimentación negativa. Por ejemplo, un alto nivel de azúcar en la sangre (concentración de glucosa en suero) promueve la síntesis de insulina. Luego, la insulina actúa para reducir los niveles de glucosa y mantener la homeostasis, lo que lleva a niveles reducidos de insulina. Tras la secreción, las hormonas solubles en agua se transportan fácilmente a través del sistema circulatorio. Las hormonas liposolubles deben unirse a las glucoproteínas plasmáticas portadoras (p. ej., globulina fijadora de tiroxina (TBG)) para formar complejos ligando-proteína. Se pueden liberar hormonas completamente activas en el torrente sanguíneo (como se ve en la insulina y las hormonas de crecimiento),El sistema endocrino secreta hormonas directamente en el torrente sanguíneo, generalmente a través de capilares fenestrados, mientras que el sistema exocrino secreta sus hormonas indirectamente a través de conductos. Las hormonas con función paracrina se difunden a través de los espacios intersticiales hacia el tejido diana cercano.

Las plantas carecen de órganos especializados para la secreción de hormonas, aunque existe una distribución espacial de la producción de hormonas. Por ejemplo, la hormona auxina se produce principalmente en las puntas de las hojas jóvenes y en el meristema apical del brote. La falta de glándulas especializadas significa que el sitio principal de producción de hormonas puede cambiar a lo largo de la vida de una planta, y el sitio de producción depende de la edad y el ambiente de la planta.

Intruducción y resumen general

La señalización hormonal implica los siguientes pasos:

1. Biosíntesis de una hormona particular en un tejido particular.
2. Almacenamiento y secreción de la hormona.
3. Transporte de la hormona a la(s) célula(s) diana.
4. Reconocimiento de la hormona por una membrana celular asociada o una proteína receptora intracelular.
5. Retransmisión y amplificación de la señal hormonal recibida a través de un proceso de transducción de señales: esto conduce a una respuesta celular. La reacción de las células objetivo puede entonces ser reconocida por las células productoras de hormonas originales, lo que conduce a una regulación a la baja en la producción de hormonas. Este es un ejemplo de un ciclo de retroalimentación negativa homeostática.
6. Desglose de la hormona.

Las células productoras de hormonas se encuentran en las glándulas endocrinas, como la tiroides, los ovarios y los testículos. La exocitosis y otros métodos de transporte de membrana se utilizan para secretar hormonas cuando las glándulas endocrinas reciben señales. El modelo jerárquico es una simplificación excesiva del proceso de señalización hormonal. Los receptores celulares de una señal hormonal particular pueden ser uno de varios tipos de células que residen dentro de varios tejidos diferentes, como es el caso de la insulina, que desencadena una amplia gama de efectos fisiológicos sistémicos. Diferentes tipos de tejidos también pueden responder de manera diferente a la misma señal hormonal.

Descubrimiento

Arnold Adolfo Berthold (1849)

Arnold Adolph Berthold fue un fisiólogo y zoólogo alemán que, en 1849, tuvo una duda sobre la función de los testículos. Notó en los gallos castrados que no tenían los mismos comportamientos sexuales que los gallos con los testículos intactos. Decidió realizar un experimento con gallos machos para examinar este fenómeno. Mantuvo un grupo de gallos con sus testículos intactos y vio que tenían barbas y crestas (órganos sexuales secundarios) de tamaño normal, un cuervo normal y comportamientos sexuales y agresivos normales. También tuvo un grupo al que le extirparon quirúrgicamente los testículos y notó que sus órganos sexuales secundarios habían disminuido de tamaño, tenían un cuervo débil, no tenían atracción sexual hacia las mujeres y no eran agresivos. Se dio cuenta de que este órgano era esencial para estos comportamientos, pero no sabía cómo. Para probar esto más a fondo, extrajo un testículo y lo colocó en la cavidad abdominal. Los gallos actuaban y tenían una anatomía física normal. Pudo ver que la ubicación de los testículos no importa. Luego quiso ver si era un factor genético que estaba involucrado en los testículos que proporcionaban estas funciones. Trasplantó un testículo de otro gallo a un gallo al que le habían quitado un testículo y vio que tenían un comportamiento y una anatomía física normales. Berthold determinó que la ubicación o los factores genéticos de los testículos no importan en relación con los órganos y comportamientos sexuales, pero que alguna sustancia química secretada en los testículos está causando este fenómeno. Más tarde se identificó que este factor era la hormona testosterona. Pudo ver que la ubicación de los testículos no importa. Luego quiso ver si era un factor genético que estaba involucrado en los testículos que proporcionaban estas funciones. Trasplantó un testículo de otro gallo a un gallo al que le habían quitado un testículo y vio que tenían un comportamiento y una anatomía física normales. Berthold determinó que la ubicación o los factores genéticos de los testículos no importan en relación con los órganos y comportamientos sexuales, pero que alguna sustancia química secretada en los testículos está causando este fenómeno. Más tarde se identificó que este factor era la hormona testosterona. Pudo ver que la ubicación de los testículos no importa. Luego quiso ver si era un factor genético que estaba involucrado en los testículos que proporcionaban estas funciones. Trasplantó un testículo de otro gallo a un gallo al que le habían quitado un testículo y vio que tenían un comportamiento y una anatomía física normales. Berthold determinó que la ubicación o los factores genéticos de los testículos no importan en relación con los órganos y comportamientos sexuales, pero que alguna sustancia química secretada en los testículos está causando este fenómeno. Más tarde se identificó que este factor era la hormona testosterona. y vi que tenían un comportamiento y una anatomía física normales también. Berthold determinó que la ubicación o los factores genéticos de los testículos no importan en relación con los órganos y comportamientos sexuales, pero que alguna sustancia química secretada en los testículos está causando este fenómeno. Más tarde se identificó que este factor era la hormona testosterona. y vi que tenían un comportamiento y una anatomía física normales también. Berthold determinó que la ubicación o los factores genéticos de los testículos no importan en relación con los órganos y comportamientos sexuales, pero que alguna sustancia química secretada en los testículos está causando este fenómeno. Más tarde se identificó que este factor era la hormona testosterona.

Charles y Francis Darwin (1880)

Aunque conocido principalmente por su trabajo sobre la teoría de la evolución, Charles Darwin también estaba muy interesado en las plantas. Durante la década de 1870, él y su hijo Francis estudiaron el movimiento de las plantas hacia la luz. Pudieron demostrar que la luz se percibe en la punta de un tallo joven (el coleoptilo), mientras que la flexión se produce en la parte inferior del tallo. Propusieron que una 'sustancia transmisible' comunicara la dirección de la luz desde la punta hasta el tallo. La idea de una 'sustancia transmisible' fue descartada inicialmente por otros biólogos de plantas, pero su trabajo más tarde condujo al descubrimiento de la primera hormona vegetal.En la década de 1920, el científico holandés Frits Warmolt Went y el científico ruso Nikolai Cholodny (trabajando de forma independiente) demostraron de manera concluyente que la acumulación asimétrica de una hormona del crecimiento era responsable de esta flexión. En 1933 esta hormona fue finalmente aislada por Kögl, Haagen-Smit y Erxleben y recibió el nombre de 'auxina'.

Bayliss y Starling (1902)

William Bayliss y Ernest Starling, fisiólogo y biólogo, respectivamente, querían ver si el sistema nervioso tenía un impacto en el sistema digestivo. Sabían que el páncreas participaba en la secreción de fluidos digestivos tras el paso de los alimentos del estómago a los intestinos, lo que creían que se debía al sistema nervioso. Cortaron los nervios del páncreas en un modelo animal y descubrieron que no eran los impulsos nerviosos los que controlaban la secreción del páncreas. Se determinó que un factor secretado desde los intestinos hacia el torrente sanguíneo estaba estimulando al páncreas a secretar fluidos digestivos. Este factor se denominó secretina: una hormona, aunque el término hormona no fue acuñado hasta 1905 por Starling.

Tipos de señalización

Los efectos hormonales dependen de dónde se liberen, ya que pueden liberarse de diferentes maneras. No todas las hormonas se liberan de una célula a la sangre hasta que se une a un receptor en un objetivo. Los principales tipos de señalización hormonal son:

número de serie	Tipos	Descripción
1	Endocrino	Actúa sobre las células diana después de ser liberado al torrente sanguíneo.
2	paracrino	Actúa sobre las células cercanas y no tiene que entrar en la circulación general.
3	autocrino	Afecta a los tipos de células que lo secretan y provoca un efecto biológico.
4	intracrino	Actúa intracelularmente sobre las células que lo sintetizan.

Clases químicas

Como las hormonas se definen funcionalmente, no estructuralmente, pueden tener diversas estructuras químicas. Las hormonas se encuentran en organismos multicelulares (plantas, animales, hongos, algas pardas y algas rojas). Estos compuestos también se encuentran en organismos unicelulares y pueden actuar como moléculas de señalización; sin embargo, no hay acuerdo en que estas moléculas puedan denominarse hormonas.

Vertebrados

número de serie	Tipos	Descripción
1	Proteínas / Péptido	Las hormonas peptídicas están formadas por una cadena de aminoácidos que puede variar desde solo 3 hasta cientos. Los ejemplos incluyen la oxitocina y la insulina. Sus secuencias están codificadas en el ADN y pueden modificarse mediante corte y empalme alternativo y/o modificación postraduccional. Están empaquetados en vesículas y son hidrofílicos, lo que significa que son solubles en agua. Debido a su hidrofilia, solo pueden unirse a los receptores de la membrana, ya que es poco probable que viajen a través de la membrana. Sin embargo, algunas hormonas pueden unirse a receptores intracelulares a través de un mecanismo intracrino.
2	AminoácidosDerivados	Las hormonas de aminoácidos se derivan del aminoácido, más comúnmente tirosina. Se almacenan en vesículas. Los ejemplos incluyen melatonina y tiroxina.
3	esteroides	Las hormonas esteroides se derivan del colesterol. Los ejemplos incluyen las hormonas sexuales estradiol y testosterona, así como la hormona del estrés cortisol. Los esteroides contienen cuatro anillos fusionados. Son lipofílicos y, por lo tanto, pueden atravesar membranas para unirse a receptores nucleares intracelulares.
4	Eicosanoides	Las hormonas eicosanoides se derivan de lípidos como el ácido araquidónico, las lipoxinas, los tromboxanos y las prostaglandinas. Los ejemplos incluyen prostaglandina y tromboxano. Estas hormonas son producidas por ciclooxigenasas y lipoxigenasas. Son hidrófobos y actúan sobre los receptores de membrana.
5	gases	Etileno y Óxido Nítrico

Invertebrados

En comparación con los vertebrados, los insectos y los crustáceos poseen una serie de hormonas estructuralmente inusuales, como la hormona juvenil, un sesquiterpenoide.

Plantas

Los ejemplos incluyen ácido abscísico, auxina, citoquinina, etileno y giberelina.

Receptores

La mayoría de las hormonas inician una respuesta celular uniéndose inicialmente a receptores intracelulares o asociados a la membrana celular. Una célula puede tener varios tipos de receptores diferentes que reconocen la misma hormona pero activan diferentes vías de transducción de señales, o una célula puede tener varios receptores diferentes que reconocen diferentes hormonas y activan la misma vía bioquímica.

Los receptores para la mayoría de los péptidos, así como para muchas hormonas eicosanoides, están incrustados en la membrana plasmática en la superficie de la célula y la mayoría de estos receptores pertenecen a la clase de receptores acoplados a proteína G (GPCR) de siete proteínas transmembrana de hélice alfa. La interacción de la hormona y el receptor suele desencadenar una cascada de efectos secundarios dentro del citoplasma de la célula, descritos como transducción de señales, que a menudo implican la fosforilación o desfosforilación de varias otras proteínas citoplasmáticas, cambios en la permeabilidad de los canales iónicos o aumento de las concentraciones de moléculas intracelulares que pueden actúan como mensajeros secundarios (p. ej., AMP cíclico). Algunas hormonas proteicas también interactúan con receptores intracelulares ubicados en el citoplasma o el núcleo mediante un mecanismo intracrino.

Para las hormonas esteroides o tiroideas, sus receptores están ubicados dentro de la célula dentro del citoplasma de la célula diana. Estos receptores pertenecen a la familia de receptores nucleares de factores de transcripción activados por ligandos. Para unirse a sus receptores, estas hormonas primero deben atravesar la membrana celular. Pueden hacerlo porque son liposolubles. El complejo combinado de hormona-receptor luego se mueve a través de la membrana nuclear hacia el núcleo de la célula, donde se une a secuencias específicas de ADN, regulando la expresión de ciertos genes y, por lo tanto, aumentando los niveles de las proteínas codificadas por estos genes. Sin embargo, se ha demostrado que no todos los receptores de esteroides se encuentran dentro de la célula. Algunos están asociados con la membrana plasmática.

Efectos en humanos

Las hormonas tienen los siguientes efectos en el cuerpo:

• estimulación o inhibición del crecimiento
• ciclo de vigilia-sueño y otros ritmos circadianos
• cambios de humor
• inducción o supresión de la apoptosis (muerte celular programada)
• activación o inhibición del sistema inmunológico
• regulación del metabolismo
• preparación del cuerpo para aparearse, pelear, huir y otras actividades
• preparación del cuerpo para una nueva fase de la vida, como la pubertad, la paternidad y la menopausia
• control del ciclo reproductivo
• antojos de hambre

Una hormona también puede regular la producción y liberación de otras hormonas. Las señales hormonales controlan el ambiente interno del cuerpo a través de la homeostasis.

Regulación

La tasa de biosíntesis y secreción de hormonas a menudo está regulada por un mecanismo de control de retroalimentación negativa homeostática. Tal mecanismo depende de factores que influyen en el metabolismo y la excreción de hormonas. Por lo tanto, una mayor concentración de hormonas por sí sola no puede desencadenar el mecanismo de retroalimentación negativa. La retroalimentación negativa debe desencadenarse por la sobreproducción de un "efecto" de la hormona.

La secreción de hormonas puede ser estimulada e inhibida por:

• Otras hormonas (hormonas estimulantes o liberadoras )
• Concentraciones plasmáticas de iones o nutrientes, así como globulinas de unión
• Neuronas y actividad mental
• Cambios ambientales, por ejemplo, de luz o temperatura.

Un grupo especial de hormonas son las hormonas tropicales que estimulan la producción de hormonas de otras glándulas endocrinas. Por ejemplo, la hormona estimulante de la tiroides (TSH) provoca el crecimiento y el aumento de la actividad de otra glándula endocrina, la tiroides, lo que aumenta la producción de hormonas tiroideas.

Para liberar hormonas activas rápidamente a la circulación, las células biosintéticas de hormonas pueden producir y almacenar hormonas biológicamente inactivas en forma de prehormonas o prohormonas. Estos se pueden convertir rápidamente en su forma de hormona activa en respuesta a un estímulo particular.

Se considera que los eicosanoides actúan como hormonas locales. Se consideran "locales" porque poseen efectos específicos sobre las células diana cercanas a su sitio de formación. También tienen un ciclo de degradación rápido, asegurándose de que no lleguen a sitios distantes dentro del cuerpo.

Las hormonas también están reguladas por agonistas de receptores. Las hormonas son ligandos, que son cualquier tipo de molécula que produce una señal al unirse a un sitio receptor en una proteína. Los efectos de las hormonas pueden inhibirse, por lo tanto, regularse mediante ligandos competitivos que se unen al mismo receptor diana que la hormona en cuestión. Cuando un ligando competidor se une al sitio del receptor, la hormona no puede unirse a ese sitio y no puede provocar una respuesta de la célula objetivo. Estos ligandos en competencia se denominan antagonistas de la hormona.

Uso terapéutico

Muchas hormonas y sus análogos estructurales y funcionales se utilizan como medicación. Las hormonas más comúnmente recetadas son los estrógenos y progestágenos (como métodos anticonceptivos hormonales y como TRH), tiroxina (como levotiroxina, para el hipotiroidismo) y esteroides (para enfermedades autoinmunes y varios trastornos respiratorios). La insulina es utilizada por muchos diabéticos. Las preparaciones locales para uso en otorrinolaringología a menudo contienen equivalentes farmacológicos de adrenalina, mientras que las cremas con esteroides y vitamina D se usan ampliamente en la práctica dermatológica.

Una "dosis farmacológica" o "dosis suprafisiológica" de una hormona es un uso médico que se refiere a una cantidad de una hormona mucho mayor que la que ocurre naturalmente en un cuerpo sano. Los efectos de las dosis farmacológicas de hormonas pueden ser diferentes de las respuestas a las cantidades naturales y pueden ser terapéuticamente útiles, aunque no sin efectos secundarios potencialmente adversos. Un ejemplo es la capacidad de las dosis farmacológicas de glucocorticoides para suprimir la inflamación.

Interacciones hormona-conducta

A nivel neurológico, el comportamiento se puede inferir en función de la concentración de hormonas, que a su vez están influenciadas por los patrones de liberación de hormonas; el número y la ubicación de los receptores de hormonas; y la eficiencia de los receptores de hormonas para aquellos involucrados en la transcripción de genes. La concentración de hormonas no incita a la conducta, ya que eso socavaría otros estímulos externos; sin embargo, influye en el sistema al aumentar la probabilidad de que ocurra un determinado evento.

Las hormonas no solo pueden influir en el comportamiento, sino que también el comportamiento y el entorno pueden influir en la concentración de hormonas. Por lo tanto, se forma un circuito de retroalimentación, lo que significa que el comportamiento puede afectar la concentración de hormonas, lo que a su vez puede afectar el comportamiento, que a su vez puede afectar la concentración de hormonas, y así sucesivamente. Por ejemplo, los bucles de retroalimentación hormona-conducta son esenciales para proporcionar constancia a la secreción hormonal episódica, ya que las conductas afectadas por las hormonas secretadas episódicamente impiden directamente la liberación continua de dichas hormonas.

Se pueden usar tres etapas amplias de razonamiento para determinar si una interacción hormona-conducta específica está presente dentro de un sistema:

• La frecuencia de ocurrencia de un comportamiento hormonalmente dependiente debe corresponder a la de su fuente hormonal.
• No se espera un comportamiento hormonalmente dependiente si la fuente hormonal (o sus tipos de acción) es inexistente.
• Se espera que la reintroducción de una fuente hormonal faltante dependiente del comportamiento (o sus tipos de acción) recupere el comportamiento ausente.

Comparación con neurotransmisores

Hay varias distinciones claras entre hormonas y neurotransmisores:

• Una hormona puede realizar funciones en una escala espacial y temporal más grande que un neurotransmisor, que a menudo actúa en distancias de escala micrométrica.
• Las señales hormonales pueden viajar prácticamente a cualquier parte del sistema circulatorio, mientras que las señales neuronales están restringidas a los tractos nerviosos preexistentes.
• Suponiendo que la distancia de viaje sea equivalente, las señales neuronales se pueden transmitir mucho más rápido (en el rango de milisegundos) que las señales hormonales (en el rango de segundos, minutos u horas). Las señales neuronales se pueden enviar a velocidades de hasta 100 metros por segundo.
• La señalización neuronal es una acción de todo o nada (digital), mientras que la señalización hormonal es una acción que puede variar continuamente, ya que depende de la concentración de la hormona.

Las neurohormonas son un tipo de hormona que comparten una similitud con los neurotransmisores. Son producidos por células endocrinas que reciben información de las neuronas o células neuroendocrinas. Tanto las hormonas clásicas como las neurohormonas son secretadas por el tejido endocrino; sin embargo, las neurohormonas son el resultado de una combinación entre reflejos endocrinos y reflejos neurales, creando una vía neuroendocrina. Mientras que las vías endocrinas producen señales químicas en forma de hormonas, la vía neuroendocrina involucra las señales eléctricas de las neuronas. En esta vía, el resultado de la señal eléctrica que produce una neurona es la liberación de una sustancia química, que es la neurohormona .Finalmente, como una hormona clásica, la neurohormona se libera en el torrente sanguíneo para alcanzar su objetivo.

Proteínas de unión

El transporte hormonal y la participación de las proteínas de unión es un aspecto esencial cuando se considera la función de las hormonas.

La formación de un complejo con una proteína de unión tiene varios beneficios: aumenta la vida media efectiva de la hormona unida y se crea un reservorio de hormonas unidas, que equilibra las variaciones en la concentración de hormonas no unidas (las hormonas unidas reemplazarán a las no unidas). hormonas cuando éstas son eliminadas). Un ejemplo del uso de proteínas transportadoras de hormonas es la proteína transportadora de tiroxina que transporta hasta el 80% de toda la tiroxina en el cuerpo, un elemento crucial en la regulación de la tasa metabólica.