Una hormona (del participio griego ὁρμῶν , "poner en movimiento") es una clase de moléculas de señalización en organismos multicelulares que se envían a órganos o tejidos 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 una hormona (como una molécula de señalización que ejerce sus efectos lejos de su sitio de producción), numerosas clases 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. , estrógeno y brasinoesteroide ), derivados de aminoácidos (p. ej., epinefrina y auxina ), proteínas o 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 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 el desarrollo , el movimiento , la reproducción y la manipulación del estado de ánimo . [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 células distantes uniéndose a proteínas receptoras específicas en la célula diana, lo que resulta en 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 genética , lo que resulta en un aumento de la expresión de las proteínas diana . Las hormonas también pueden actuar en vías no genómicas que se sinergizan con los efectos genómicos. [6] Las hormonas solubles en agua (como los péptidos y las aminas) generalmente actúan en la superficie de las células diana a través de segundos mensajeros . Las hormonas solubles en lípidos (como los esteroides ) generalmente pasan a través de las membranas plasmáticas de las células diana (tanto citoplasmáticas 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 sensibles al sistema endocrino para causar apoptosis y limitar el crecimiento de las plantas. A pesar de ser solubles en lípidos, se unen a su receptor en la superficie celular. [7]
En los vertebrados, las glándulas endocrinas son órganos especializados que secretan hormonas en el sistema de señalización endocrina . La secreción de hormonas ocurre en respuesta a señales bioquímicas específicas y a menudo está sujeta a una regulación de retroalimentación negativa . Por ejemplo, el alto nivel de azúcar en sangre (concentración de glucosa sérica) promueve la síntesis de insulina . La insulina luego 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 solubles en lípidos deben unirse a las glucoproteínas plasmáticas transportadoras (p. ej., globulina transportadora de tiroxina (TBG)) para formar complejos de ligando -proteína. Algunas hormonas, como la insulina y las hormonas de crecimiento, pueden liberarse en el torrente sanguíneo ya completamente activas. Otras hormonas, llamadas prohormonas , deben activarse en ciertas células a través de una serie de pasos que generalmente están estrictamente controlados. [8] El sistema endocrino secreta hormonas directamente al torrente sanguíneo , generalmente a través de capilares fenestrados , mientras que el sistema exocrino secreta sus hormonas indirectamente mediante 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 hormonal. Por ejemplo, la hormona auxina se produce principalmente en las puntas de las hojas jóvenes y en el meristemo apical de los brotes . 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 de la planta y del entorno. [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 envía una señal 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 en 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 requerida ]
Arnold Adolph Berthold fue un fisiólogo y zoólogo alemán , que en 1849 se planteó una duda sobre la función de los testículos . Observó que los gallos castrados 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 los testículos intactos y vio que tenían barbas y crestas ( órganos sexuales secundarios ) de tamaño normal, un canto normal y comportamientos sexuales y agresivos normales. También tuvo un grupo al que se le habían extirpado quirúrgicamente los testículos y notó que sus órganos sexuales secundarios habían disminuido de tamaño, tenían un canto débil, no tenían atracción sexual hacia las hembras y no eran agresivos. Se dio cuenta de que este órgano era esencial para estos comportamientos, pero no sabía cómo. Para comprobarlo más a fondo, extirpó un testículo y lo colocó en la cavidad abdominal. Los gallos actuaron y tenían una anatomía física normal . Pudo ver que la ubicación de los testículos no importa. Berthold quiso comprobar si había un factor genético que interviniera en los testículos y que proporcionase estas funciones. Trasplantó un testículo de otro gallo a un gallo al que le habían quitado 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 los comportamientos sexuales, sino que algún químico secretado en los testículos está causando este fenómeno. Más tarde 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 profundamente interesado en las plantas. A lo largo de 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 más tarde condujo 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 uno del otro) demostraron de manera concluyente que la acumulación asimétrica de una hormona de crecimiento era responsable de esta curvatura. En 1933, esta hormona fue finalmente aislada por Kögl, Haagen-Smit y Erxleben y recibió el nombre de " 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 por primera vez sus hallazgos en dos informes en 1894, a los que siguió una publicación completa en 1895. [17] [18] Aunque con frecuencia se atribuyó erróneamente a la secretina , descubierta en 1902 por Bayliss y Starling, el extracto suprarrenal de Oliver y Schäfer que contenía adrenalina , la sustancia que causa los cambios fisiológicos, fue la primera hormona en ser descubierta. El término hormona sería acuñado más tarde por Starling. [19]
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 estaba involucrado en la secreción de fluidos digestivos después del 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 al torrente sanguíneo estaba estimulando al páncreas para secretar fluidos digestivos. Esto fue llamado 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 unen 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 llamarse hormonas. [21] [22]
En comparación con los vertebrados, los insectos y los 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 los receptores de la superficie celular o a los 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 las hormonas peptídicas , así como de muchas hormonas eicosanoides, están incrustados en la membrana celular como receptores de superficie celular, y la mayoría de ellos 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 normalmente desencadena 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 del canal iónico o mayores concentraciones de moléculas intracelulares que pueden actuar 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]
En el caso de las hormonas esteroides o tiroideas , sus receptores se encuentran dentro de la célula, en el citoplasma de la célula diana. Estos receptores pertenecen a la familia de receptores nucleares de factores de transcripción activados por ligando . Para unirse a sus receptores, estas hormonas primero deben atravesar la membrana celular. Pueden hacerlo porque son solubles en lípidos. El complejo hormona-receptor combinado luego se mueve a través de la membrana nuclear hacia el núcleo de la célula, donde se une a secuencias de ADN específicas , regulando la expresión de ciertos genes y, por lo tanto, aumentando 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 entorno interno del cuerpo a través de la homeostasis .
La tasa de biosíntesis y secreción de hormonas suele estar regulada por un mecanismo de control homeostático de retroalimentación negativa . Este mecanismo depende de factores que influyen en el metabolismo y la excreción de hormonas. Por 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. [32] [33]
La secreción hormonal puede ser estimulada e inhibida por:
Un grupo especial de hormonas son las hormonas trópicas , 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 , que aumenta la producción de hormonas tiroideas . [34]
Para liberar hormonas activas rápidamente en la circulación , las células biosintéticas de hormonas pueden producir y almacenar hormonas biológicamente inactivas en forma de prehormonas o prohormonas , que luego 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 lugar de formación. También tienen un ciclo de degradación rápido, lo que garantiza que no lleguen a sitios distantes dentro del cuerpo. [35]
Las hormonas también están reguladas por agonistas de receptores. Las hormonas son ligandos, que son cualquier tipo de moléculas que producen una señal al unirse a un sitio receptor en una proteína. Los efectos de las hormonas pueden ser inhibidos, y por lo tanto regulados, por ligandos competitivos que se unen al mismo receptor diana que la hormona en cuestión. Cuando un ligando competitivo se une al sitio receptor, la hormona no puede unirse a ese sitio y no puede provocar una respuesta de la célula diana. Estos ligandos competitivos se denominan antagonistas de la hormona. [36]
Muchas hormonas y sus análogos estructurales y funcionales se utilizan como medicación . Las hormonas más comúnmente prescritas son los estrógenos y progestágenos (como métodos de anticoncepción hormonal y como terapia de reemplazo hormonal ), [37] tiroxina (como levotiroxina , para el hipotiroidismo ) y esteroides (para enfermedades autoinmunes y varios trastornos respiratorios ). Muchos diabéticos utilizan 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 utilizan 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 una hormona mucho mayor que la que se produce naturalmente en un cuerpo sano. Los efectos de las dosis farmacológicas de hormonas pueden ser diferentes de las respuestas a las cantidades que se producen naturalmente 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, la conducta puede inferirse en función de la concentración hormonal, que a su vez está influida por los patrones de liberación hormonal, la cantidad y la ubicación de los receptores hormonales y la eficiencia de los receptores hormonales que participan en la transcripción genética. La concentración hormonal no incita la conducta, ya que ello debilitaría otros estímulos externos; sin embargo, influye en el sistema al aumentar la probabilidad de que ocurra un determinado evento. [39]
No sólo las hormonas 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 bucle de retroalimentación, lo que significa que el comportamiento puede afectar a la concentración hormonal, que a su vez puede afectar al comportamiento, que a su vez puede afectar a la concentración hormonal, y así sucesivamente. [41] Por ejemplo, los bucles de retroalimentación hormona-comportamiento son esenciales para proporcionar constancia a la secreción hormonal episódica, ya que los comportamientos afectados por las hormonas secretadas episódicamente previenen directamente la liberación continua de hormonas tristes. [42]
Se pueden utilizar tres amplias etapas de razonamiento para determinar si existe una interacción específica entre una hormona y un comportamiento dentro de un sistema: [ cita requerida ]
Aunque coloquialmente a menudo se usan indistintamente, existen varias distinciones claras entre hormonas y neurotransmisores : [43] [44] [36]
Las neurohormonas son un tipo de hormonas que comparten una característica común con los neurotransmisores. [47] Son producidas por células endocrinas que reciben información de las 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 los reflejos endocrinos y los 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 de hormonas y la participación de las proteínas de unión es un aspecto esencial al considerar la función de las hormonas. [48]
La formación de un complejo con una proteína de unión tiene varias ventajas: 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 hormonas no unidas cuando estas se eliminen). [49] Un ejemplo del uso de proteínas de unión a hormonas es la proteína de unión a tiroxina, que transporta hasta el 80% de toda la tiroxina en el cuerpo, un elemento crucial en la regulación de la tasa metabólica. [50]