Interacción Hormona-Receptor y Sistemas de Transducción de Señales

La interacción hormona-receptor es un proceso altamente específico y de alta afinidad. Incluso hormonas con estructuras similares pueden unirse a receptores diferentes, lo que demuestra la selectividad de este mecanismo.

Características de los Sistemas de Transducción de Señales

• Especificidad: Señales específicas interactúan con receptores específicos.
• Amplificación: Una sola señal puede activar múltiples enzimas, amplificando la respuesta celular.
• Modularidad: Diversas señales pueden fosforilar puntos reversibles, permitiendo una regulación fina.
• Desensibilización/Adaptación: Mecanismos de retroalimentación negativa regulan y finalizan el proceso.
• Integración: Dos señales con efectos opuestos, como la insulina y el glucagón, pueden integrarse para producir una respuesta neta.

Eventos Posteriores a la Unión de la Hormona

• Liberación de un segundo mensajero dentro de la célula.
• Activación del receptor tirosina quinasa (TYR quinasa).
• Apertura o cierre de un canal iónico.
• Envío de información al citoesqueleto por parte del receptor.
• Unión de un esteroide al núcleo, alterando la expresión génica.

Tipos de Señalización a Través de la Membrana

• Proteína G (transductor de señales).
• Receptor TYR-quinasa.
• Receptor guanilil-ciclasa.
• Canales iónicos (abiertos por lípidos).
• Receptor de adhesión (integrina).

Hormonas Clave y sus Funciones

Epinefrina

La epinefrina es una hormona de tipo amina sintetizada en las glándulas adrenales. Entre sus funciones principales se encuentran:

• Estimular cascadas de AMP cíclico (cAMP).
• Estimular la secreción de glucagón e inhibir la secreción de insulina.
• Promover la degradación del glucógeno tanto muscular como hepático.
• Estimular la glucólisis y, por tanto, la formación de lactato.
• Elevar la concentración de fructosa-2,6-bisfosfato ([F2,6BP]) para estimular la fosfofructocinasa-1 (PFK-1).

La epinefrina y la insulina se unen a receptores que atraviesan la membrana, generando un segundo mensajero que provoca la amplificación de la señal y afecta a múltiples objetivos celulares.

Ejemplo de cascada de señalización:

• Epinefrina → adenilil ciclasa → cAMP → proteína quinasa A → glucógeno fosforilasa B (degrada glucógeno a glucosa-1-fosfato).

Esteroides, Vitamina D, Retinoides y Tiroides

• Esteroides, vitamina D, retinoides, tiroides → receptores nucleares → ADN → transcripción → alteración de la expresión génica.

Clasificación de las Hormonas según su Modo de Acción

• Endocrina: Por ejemplo, los eicosanoides.
• Paracrina: Por ejemplo, la insulina y el glucagón.
• Autocrina: Actúan sobre la misma célula que las produce.

Insulina

La insulina es una hormona peptídica con las siguientes funciones:

• Facilitar la captación de glucosa en el músculo.
• Estimular la síntesis de glucógeno en el hígado.
• Inhibir la hiperglucemia.
• Estimular la glucólisis.
• Estimular la síntesis de ácidos grasos en adipocitos (a través de la acetil-CoA carboxilasa, ACC).
• Estimular la síntesis de colesterol.
• Inhibir la lipólisis.
• Estimular la captación de glucosa en músculo y tejido adiposo (conversión de glucosa a glucosa-6-fosfato).

Glucagón

El glucagón actúa mediante cascadas de cAMP y tiene las siguientes funciones:

• Activar la glucógeno fosforilasa e inactivar la glucógeno sintasa.
• Reducir la concentración de [F2,6BP], inhibiendo así la glucólisis y estimulando la gluconeogénesis.
• Inhibir la piruvato quinasa.
• Estimular la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK) para la gluconeogénesis.
• En el tejido adiposo, activar la hidrólisis de triacilgliceroles (TAG).
• Activar la lipasa sensible a hormonas (LSH).

Fármacos y su Relación con el Metabolismo

• Metformina: Actúa sobre el glucagón a través de la proteína quinasa activada por AMP (AMPK).
• Tiazolidinedionas (TZD): Aumentan la diferenciación de preadipocitos, promoviendo la formación de adipocitos para el almacenamiento de ácidos grasos.

Consecuencias de Altas Concentraciones de Azúcar en Sangre

Altas cantidades de azúcar en sangre provocan:

• Glucosilación de la hemoglobina (Hb), comprometiendo el transporte de oxígeno en las extremidades.
• Aumento del riesgo de enfermedades cardiovasculares, fallo renal y daño a los vasos sanguíneos.

Hormonas Eicosanoides y Esteroideas

Hormonas Eicosanoides

Las hormonas eicosanoides se producen a partir del ácido araquidónico por acción de la fosfolipasa A2. Incluyen prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos. Desempeñan un papel crucial en la inflamación, la contracción del músculo liso y la función plaquetaria.

Hormonas Esteroideas

Las hormonas esteroideas se sintetizan a partir del colesterol. Se unen a proteínas transportadoras para viajar por el torrente sanguíneo y a receptores nucleares para alterar la expresión génica.

Principales Glándulas Endocrinas

Las principales glándulas endocrinas incluyen:

• Cerebro: Hipotálamo y pituitaria.
• Tiroides y paratiroides.
• Tejido adiposo.
• Glándulas adrenales (situadas sobre los riñones).
• Páncreas.
• Ovarios y testículos.

Función Metabólica del Hígado

El hígado adapta sus enzimas de acuerdo con las condiciones y necesidades de otros tejidos. Sus funciones incluyen:

• Proveer glucosa y cuerpos cetónicos.
• Procesar aminoácidos hasta convertirlos en urea.
• Almacenar nutrientes.
• Limpiar y solubilizar compuestos orgánicos mediante el sistema del citocromo P450.
• La insulina estimula la glucógeno sintasa e inactiva la glucógeno fosforilasa (glucosa-6-fosfato → glucógeno).
• La insulina estimula la glucólisis (glucosa-6-fosfato → acetil-CoA).
• Estimula la síntesis de TAG (acetil-CoA → TAG exportado por lipoproteínas de muy baja densidad, VLDL).

Los hepatocitos poseen GLUT2 y hexocinasa 4 (HK4), que no es inhibida por la glucosa-6-fosfato (G6P).

Destinos de la Glucosa-6-Fosfato (G6P) en el Hígado

• Producción de glucosa libre (desfosforilación).
• Formación de glucógeno hepático.
• Glucólisis (producción de ATP y acetil-CoA).
• Vía de las pentosas fosfato (producción de NADPH y ribosa-5-fosfato).

Destinos de los Aminoácidos (AA) en el Hígado

• Síntesis de proteínas, hormonas y nucleótidos.
• Intermediarios del ciclo del ácido cítrico (CAC).
• Piruvato.

Destinos de los Ácidos Grasos (AG) en el Hígado

• Síntesis de lípidos hepáticos.
• Producción de acetil-CoA y NADH.
• Formación de fosfolípidos y TAG.
• Transporte de AG al corazón.

Tejido Adiposo Blanco (WAT) y Tejido Adiposo Marrón (BAT)

• WAT: Almacena combustible en forma de múltiples gotas lipídicas.
• BAT: Expresa termogenina (proteína desacoplante UCP1). Se localiza alrededor de los riñones y la columna vertebral. Los preadipocitos pueden ser estimulados para convertirse en BAT.

Funciones de los Adipocitos

• Fosforilación oxidativa (F.O).
• Glucólisis.
• Conversión de acetil-CoA en AG.
• Conversión de AG en TAG.
• Liberación de AG cuando los tejidos lo necesitan.

La epinefrina activa la lipasa sensible a hormonas (HSL), mientras que la insulina disminuye su actividad.

Músculo Cardíaco y Cerebro

Músculo Cardíaco

• Contiene un 50% más de mitocondrias que el músculo esquelético.
• Se alimenta principalmente de AG, aunque también puede utilizar cuerpos cetónicos, glucosa y fosfocreatina.
• La fosfocreatina actúa como un amortiguador de las concentraciones de ATP durante el ejercicio.

Cerebro

• Utiliza aproximadamente 130 g/día de glucosa, aunque también puede utilizar β-hidroxibutirato y AG.
• Depende de la bomba de Na+/K+ ATPasa para mantener el potencial de membrana.

Células Pancreáticas y su Función Endocrina

Las células pancreáticas se encuentran en los islotes de Langerhans y tienen las siguientes funciones:

• Células α: Secretan glucagón.
• Células β: Secretan insulina (captan glucosa a través de GLUT2).
• Células δ: Secretan somatostatina.

Las sulfonilureas cierran los canales de K+ en las células β, estimulando la secreción de insulina. Se utilizan en el tratamiento de la diabetes tipo 2.

Respuestas Metabólicas Durante el Ayuno Prolongado y Después de la Comida

Ayuno Prolongado

• El hígado desamina o transamina aminoácidos.
• Los esqueletos carbonados de los aminoácidos glucogénicos se convierten en piruvato.
• Los AG se oxidan a acetil-CoA, que se convierte en cuerpos cetónicos.
• El β-hidroxibutirato se convierte en la principal fuente de energía para el cerebro.

Después de la Comida

• La insulina estimula la glucólisis y la síntesis de glucógeno.
• Se secreta glucagón y el hígado libera glucosa (después de aproximadamente 2 horas).
• Los AG se convierten en la principal fuente de combustible para los músculos y el hígado (después de aproximadamente 4 horas).

Diabetes Tipo 1 y Tipo 2

Diabetes Tipo 1

• Insulino-dependiente.
• Destrucción autoinmune de las células β.
• Se manifiesta en etapas tempranas de la vida.
• Alta producción de cuerpos cetónicos.

Diabetes Tipo 2

• Resistente a la insulina.
• Se desarrolla en etapas tardías de la adultez.
• Asociada a la obesidad.
• Las células no responden adecuadamente a la insulina.
• Representa el 90% de los casos de diabetes.
• Se caracteriza por niveles altos de TAG, bajos niveles de lipoproteínas de alta densidad (HDL), presión sanguínea elevada y glucemia elevada.