Una hormona (del participio griego ὁρμῶν , "poner en movimiento") es una clase de moléculas de señalización en organismos multicelulares que se envían a órganos distantes mediante procesos biológicos complejos para regular la fisiología y el comportamiento . [1] Las hormonas son necesarias para el correcto desarrollo de animales , plantas y hongos . Debido a la amplia definición de hormona (como una molécula de señalización que ejerce sus efectos lejos de su lugar de producción), numerosos tipos de moléculas pueden clasificarse 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 o péptidos (p. ej., insulina y péptidos CLE ) y gases ( por ejemplo, etileno y óxido nítrico ).
Las hormonas se utilizan para comunicarse entre órganos y tejidos . En los vertebrados , las hormonas son responsables de regular una amplia gama de procesos que incluyen tanto procesos fisiológicos como 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 desarrollo , el movimiento , la reproducción y el estado de ánimo. manipulación. [2] [3] [4] En las plantas, las hormonas modulan casi todos los aspectos del desarrollo, desde la germinación hasta la senescencia . [5]
Las hormonas afectan a las células distantes uniéndose a proteínas receptoras específicas en la célula diana, lo que produce un cambio en la función celular. Cuando una hormona se une al receptor, se activa una vía de transducción de señales que normalmente activa la transcripción genética , lo que resulta en una mayor expresión de las proteínas diana . Las hormonas también pueden actuar en vías no genómicas que crean sinergia con los efectos genómicos. [6] Las hormonas solubles en agua (como péptidos y 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 . Los brasinoesteroides, un tipo de polihidroxiesteroides, son una sexta clase de hormonas vegetales y pueden ser útiles como fármaco anticancerígeno para tumores que responden al sistema endocrino para provocar apoptosis y limitar el crecimiento de las plantas. A pesar de ser liposolubles, se adhieren a su receptor en la superficie celular. [7]
En los vertebrados, las glándulas endocrinas son órganos especializados que secretan hormonas al sistema de señalización endocrina . La secreción hormonal se produce en respuesta a señales bioquímicas específicas y, a menudo, está sujeta a una regulación por retroalimentación negativa . Por ejemplo, un nivel alto de azúcar en sangre (concentración de glucosa sérica) promueve la síntesis de insulina . Luego, la insulina actúa para reducir los niveles de glucosa y mantener la homeostasis , lo que lleva a una reducción de los niveles de insulina. Tras su secreción, las hormonas solubles en agua se transportan fácilmente a través del sistema circulatorio. Las hormonas liposolubles deben unirse a las glicoproteínas plasmáticas transportadoras (p. ej., globulina transportadora de tiroxina (TBG)) para formar complejos ligando -proteína. Algunas hormonas, como la insulina y la hormona del crecimiento, pueden liberarse en el torrente sanguíneo cuando ya están completamente activas. Otras hormonas, llamadas prohormonas , deben activarse en determinadas células mediante una serie de pasos que suelen estar estrictamente controlados. [8] 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 utilizando conductos . Las hormonas con función paracrina se difunden a través de los espacios intersticiales hasta 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 meristemo 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 medio ambiente de la planta. [9]
Las células productoras de hormonas se encuentran en las glándulas endocrinas , como la glándula tiroides , los ovarios y los testículos . [10] La señalización hormonal implica los siguientes pasos: [11]
La exocitosis y otros métodos de transporte de membrana se utilizan para secretar hormonas cuando se envían señales a las glándulas endocrinas. 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. [ cita necesaria ]
Arnold Adolph Berthold fue un fisiólogo y zoólogo alemán que, en 1849, tenía una duda sobre la función de los testículos . Observó 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 hizo que a un grupo le extirparan quirúrgicamente los testículos y notó que sus órganos sexuales secundarios tenían un tamaño reducido, tenían un cuervo débil, no tenían atracción sexual hacia las hembras y no eran agresivos. Se dio cuenta de que ese órgano era fundamental para esas conductas, 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 involucrado en los testículos el que proporcionaba estas funciones. Trasplantó un testículo de otro gallo a un gallo al que le extirparon un testículo y vio que también 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, sino que alguna sustancia química secretada por los testículos está causando este fenómeno. Posteriormente se identificó que este factor era la hormona testosterona . [12] [13]
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 curvatura se produce más abajo en el tallo. Propusieron que una "sustancia transmisible" comunicaba la dirección de la luz desde la punta hasta el tallo. La idea de una "sustancia transmisible" fue inicialmente descartada por otros biólogos vegetales, pero su trabajo condujo más tarde al descubrimiento de la primera hormona vegetal. [14] En la década de 1920, el científico holandés Frits Warmolt Went y el científico ruso Nikolai Cholodny (trabajando independientemente el uno del otro) demostraron de manera concluyente que la acumulación asimétrica de una hormona del crecimiento era responsable de esta curvatura. En 1933, Kögl, Haagen-Smit y Erxleben aislaron finalmente esta hormona y la denominaron " auxina ". [14] [15] [16]
El médico británico George Oliver y el fisiólogo Edward Albert Schäfer , profesor del University College de Londres, colaboraron en los efectos fisiológicos de los extractos suprarrenales. Publicaron sus hallazgos por primera vez en dos informes en 1894, seguido de una publicación completa en 1895. [17] [18] Aunque con frecuencia se atribuye falsamente a la secretina , encontrada en 1902 por Bayliss y Starling, el extracto suprarrenal de Oliver y Schäfer que contiene adrenalina , la sustancia que causa los cambios fisiológicos, fue la primera hormona descubierta. El término hormona sería acuñado más tarde por Starling. [19]
William Bayliss y Ernest Starling , fisiólogo y biólogo respectivamente, querían comprobar 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 desde el 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 por los intestinos al torrente sanguíneo estimulaba al páncreas para que secretara fluidos digestivos. A esto se le llamó secretina : una hormona.
Los efectos hormonales dependen de dónde se liberan, ya que pueden liberarse de diferentes maneras. [20] 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:
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. [21] [22]
En comparación con los vertebrados, los insectos y crustáceos poseen una serie de hormonas estructuralmente inusuales, como la hormona juvenil , un sesquiterpenoide . [24]
Los ejemplos incluyen ácido abscísico , auxina , citoquinina , etileno y giberelina . [25]
La mayoría de las hormonas inician una respuesta celular uniéndose inicialmente a receptores de la superficie celular o a receptores intracelulares . Una célula puede tener varios 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. [26]
Los receptores de la mayoría de los péptidos , así como de muchas hormonas eicosanoides , están incrustados en la membrana celular como receptores de la superficie celular, y la mayoría de ellos pertenecen a la clase de receptores acoplados a proteínas G (GPCR) de proteínas transmembrana de siete hélices alfa . La interacción entre 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 . [27] [28]
Para las hormonas esteroides o tiroideas , sus receptores se encuentran 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 cruzar la membrana celular. Pueden hacerlo porque son liposolubles. El complejo combinado de hormona y receptor luego atraviesa la membrana nuclear hacia el núcleo de la célula, donde se une a secuencias específicas de ADN , regulando la expresión de ciertos genes y aumentando así los niveles de las proteínas codificadas por estos genes. [29] 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 . [30]
Las hormonas tienen los siguientes efectos en el cuerpo: [31]
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 .
La tasa de biosíntesis y secreción de hormonas suele estar regulada por un mecanismo de control de retroalimentación negativa homeostática . Este mecanismo depende de factores que influyen en el metabolismo y la excreción de hormonas. Por lo tanto, una mayor concentración hormonal por sí sola no puede desencadenar el mecanismo de retroalimentación negativa. La retroalimentación negativa debe ser provocada por una sobreproducción de un "efecto" de la hormona. [32] [33]
La secreción hormonal puede estimularse e inhibirse mediante:
Un grupo especial de hormonas son las hormonas trópicas que estimulan la producción hormonal 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 . [34]
Para liberar rápidamente hormonas activas a la circulación , las células biosintéticas de hormonas pueden producir y almacenar hormonas biológicamente inactivas en forma de prehormonas o prohormonas . Luego, estos pueden convertirse rápidamente en su forma hormonal activa en respuesta a un estímulo particular. [34]
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, lo que garantiza que no lleguen a lugares distantes del cuerpo. [35]
Las hormonas también están reguladas por agonistas de los 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 hormonales pueden inhibirse y, por tanto, regularse, mediante ligandos competitivos que se unen al mismo receptor objetivo 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 diana. Estos ligandos competidores se denominan antagonistas de la hormona. [36]
Muchas hormonas y sus análogos estructurales y funcionales se utilizan como medicamentos . Las hormonas más comúnmente recetadas son los estrógenos y los progestágenos (como métodos anticonceptivos hormonales y como TRH ), [37] tiroxina (como levotiroxina , para el hipotiroidismo ) y esteroides (para enfermedades autoinmunes y varios trastornos respiratorios ). Muchos diabéticos utilizan la insulina . 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 . [38]
Una "dosis farmacológica" o "dosis suprafisiológica" de una hormona es un uso médico que se refiere a una cantidad de hormona mucho mayor de la que ocurre naturalmente en un cuerpo sano. Los efectos de las dosis farmacológicas de hormonas pueden ser diferentes de las respuestas a 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 .
A nivel neurológico, el comportamiento se puede inferir en función de la concentración hormonal, que a su vez está influenciada por los patrones de liberación de hormonas; la cantidad y ubicación de los receptores hormonales; y la eficiencia de los receptores hormonales de los implicados en la transcripción de genes. La concentración hormonal no incita al comportamiento, ya que eso socavaría otros estímulos externos; sin embargo, influye en el sistema al aumentar la probabilidad de que ocurra un determinado evento. [39]
Las hormonas no sólo pueden influir en el comportamiento, sino que también el comportamiento y el entorno pueden influir en la concentración hormonal. [40] Por lo tanto, se forma un circuito de retroalimentación, lo que significa que el comportamiento puede afectar la concentración hormonal, que a su vez puede afectar el comportamiento, que a su vez puede afectar la concentración hormonal, y así sucesivamente. [41] Por ejemplo, los circuitos de retroalimentación hormona-comportamiento son esenciales para proporcionar constancia a la secreción episódica de hormonas, ya que los comportamientos afectados por las hormonas secretadas episódicamente previenen directamente la liberación continua de dichas hormonas. [42]
Se pueden utilizar tres etapas amplias de razonamiento para determinar si una interacción hormona-comportamiento específica está presente dentro de un sistema: [ cita necesaria ]
Existen varias distinciones claras entre hormonas y neurotransmisores : [43] [44] [36]
Las neurohormonas son un tipo de hormona que comparten algo en común con los neurotransmisores. [47] Son producidos por células endocrinas que reciben información de neuronas o células neuroendocrinas. [47] 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 neuronales, creando una vía neuroendocrina. [36] Mientras que las vías endocrinas producen señales químicas en forma de hormonas, la vía neuroendocrina involucra las señales eléctricas de las neuronas. [36] En esta vía, el resultado de la señal eléctrica producida por una neurona es la liberación de una sustancia química, que es la neurohormona . [36] Finalmente, como una hormona clásica, la neurohormona se libera en el torrente sanguíneo para alcanzar su objetivo. [36]
El transporte hormonal y la participación de las proteínas fijadoras es un aspecto esencial a la hora de considerar la función de las hormonas. [48]
La formación de un complejo con una proteína fijadora tiene varios beneficios: la vida media efectiva de la hormona unida aumenta y se crea una reserva de hormonas unidas, lo que iguala las variaciones en la concentración de las hormonas libres (las hormonas unidas reemplazarán a las libres). hormonas cuando estas son eliminadas). [49] 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. [50]