Las hormonas son compuestos que son usados por las diferentes poblaciones celulares para comunicarse entre sí. Esto permite que los órganos que integran a un ser vivo puedan trabajar coordinadamente, de tal forma que puedan presentar la respuesta correcta en el momento preciso, dependiendo de las situaciones imperantes, tanto en el exterior como en el interior de un organismo.
Una glándula contiene células que sintetizan a las hormonas, las cuales gracias a algún estímulo, generalmente nervioso o químico, liberan estos compuestos al torrente sanguíneo, en el que son transportados hacia algún órgano blanco. La presencia del mensajero produce una respuesta específica por parte del órgano blanco, que puede consistir en una contracción, la estimulación de la síntesis de algún compuesto o la inhibición de la producción de una molécula.
Las células detectan la presencia de una hormona mediante un receptor. Éste es una proteína que en la mayoría de las veces se encuentra formando parte de las membranas de las células que integran el órgano blanco. Esta proteína, como las enzimas, tiene un sitio altamente específico, capaz de detectar al mensajero de una manera muy precisa. La combinación reversible de la hormona (ligando) con el receptor produce un cambio de su estructura tridimensional, lo que ocasiona transformaciones en la actividad metabólica de la célula, que en última instancia dan como resultado la respuesta específica. A diferencia de las enzimas, un receptor no modifica la estructura química de su ligando. En la Figura 12.23 se aprecia el mecanismo general mediante el cual una hormona actúa sobre las células de sus órganos blanco.
Las hormonas son producidas en muy bajas concentraciones (micro o picogramos), sin embargo, el efecto que desencadenan es extraordinario.
La adrenalina es un compuesto derivado del aminoácido tirosina, que mediante una vía metabólica es transformado en la hormona. Su estructura se aprecia en la Figura 12.24.
Figura 12.24 Estructura de la adrenalina. (Figura elaborada por el autor).
La adrenalina es sintetizada en la glándula suprarrenal, la cual, como su nombre lo dice, se encuentra arriba de los riñones. Cuando la glándula recibe un estímulo proveniente de los centros nerviosos superiores, a través de nervios que descienden en la médula espinal, la adrenalina es secretada hacia la sangre para ser transportada hacia sus órganos blanco.
La adrenalina es secretada bajo condiciones de stress, cuando un animal tiene que hacer un esfuerzo para huir de algún peligro, por ejemplo de un predador, o bien cuando un carnívoro va a atrapar a su presa. Bajo estas condiciones los músculos esqueléticos hacen un esfuerzo y por lo tanto requieren grandes cantidades de glucosa y de oxígeno para producir el suficiente ATP que proporcione la energía necesaria para desarrollar el trabajo de contracción que permita conseguir el alimento o bien no ser comido. La presencia de la adrenalina produce los cambios bioquímicos y fisiológicos requeridos para enfrentar esta situación.
Los principales órganos blanco de la hormona son el hígado, el corazón, los pulmones y los músculos lisos que recubren los vasos sanguíneos. La adrenalina induce al hígado a convertir glucógeno en glucosa, que es liberada hacia la sangre para ser transportada a los músculos; la frecuencia cardiaca y respiratoria se elevan y la musculatura lisa de los vasos sanguíneos se contrae; todo esto con el objeto de captar una mayor cantidad de oxígeno y transportarlo rápidamente hacia las células musculares.
Todos los órganos blanco de la adrenalina poseen un receptor para la hormona y la combinación de estas dos moléculas es lo que produce la respuesta. Las células que no tienen receptor de adrenalina no pueden detectar este compuesto y por lo tanto no se observa ningún cambio de su actividad ante la presencia de la hormona.
A continuación se va a describir la forma en que la combinación de la adrenalina con su receptor hepático produce la respuesta; es decir, la liberación de glucosa hacia la sangre. Como apoyo se usa la Figura 12.25.
Figura 12.25 Mecanismo de acción de la adrenalina sobre las células hepáticas. (Figura elaborada por el autor).
En la membrana de los hepatocitos, el receptor de adrenalina se encuentra hacia la superficie externa de la célula y muy próxima, hacia la parte interna, hay una enzima que se llama adenilato ciclasa (representada en la Figura 12.25 como una esfera verde), que usa como sustrato ATP y produce AMP cíclico (AMPc) y PPi. Cuando no hay adrenalina unida al receptor la adenilato ciclasa se encuentra inactiva y por lo tanto los niveles de AMPc intracelulares son bajos. (Fig. 12.25.1).
El efecto de la unión de una molécula de adrenalina (representada como una pirámide roja) con su receptor, es producir un cambio de la estructura tridimensional de la adenilato ciclasa, con lo que pasa a la forma activa, empezando a producir AMPc a partir de ATP. (Figs. 12.25.2 y 12.25.3).
El AMPc activa una enzima llamada proteína quinasa. Las quinasas son enzimas que transfieren un grupo fosfato del ATP hacia algún sustrato, por lo tanto, la acción de la proteína quinasa es fosforilar proteínas. La forma inactiva de la proteína quinasa consta de dos cadenas polipeptídicas; el AMPc es capaz de combinarse con una de estas unidades, produciéndose la separación de las mismas. La cadena que no se une al AMPc lleva el sitio activo, iniciando su actividad al separarse las unidades. (Fig. 12.25.4). La proteína quinasa es una enzima relativamente inespecífica y puede fosforilar a varias proteínas.
La fosforilasa quinasa es otra enzima involucrada en el proceso que se está describiendo. Para ser activa requiere de estar unida a Pi y es la proteína quinasa quien la fosforila. (Figs. 12.25.5 y 12.25.6). El sustrato de la fosforilasa quinasa es la glucógeno fosforilasa, que es inactiva en la forma desfosforilada.
La glucógeno fosforilasa es activada mediante la introducción de Pi, a partir de ATP, mediante la acción de la fosforilasa quinasa. (Figs. 12.25.7 y 12.25.8)
Una vez activa, la glucógeno fosforilasa comienza a degradar al glucógeno, produciendo glucosa - 1 - fosfato, que se isomeriza a glucosa - 6 - fosfato y finalmente, por la hidrólisis de este compuesto, se produce glucosa, que es transportada hacia el exterior de la célula; es decir, se obtiene la respuesta del hepatocito ante la presencia de la adrenalina. (Figs. 12.25.9 a 12.25.13).
Mientras la adrenalina esté unida al receptor, la célula hepática permanece liberando glucosa; pero la formación del complejo receptor - adrenalina es reversible, por lo que la hormona puede ser liberada del receptor y entonces "apagar" la degradación de glucógeno. Además, en el exterior de las células hay enzimas que destruyen a los mensajeros, evitando de esta manera una estimulación excesiva. El que las hormonas, una vez liberadas, tengan una vida media corta es importante, de lo contrario se produciría una estimulación continua de las células, aun cuando el evento que produjo su liberación hubiera desaparecido.
Cuando la adrenalina abandona su receptor, la adenilato ciclasa retorna a su estructura tridimensional inactiva y deja de producirse AMPc, con lo que ya no funciona la proteína cinasa, junto con las demás enzimas involucradas en el proceso y el hepatocito deja de degradar glucógeno y por lo tanto de liberar glucosa hacia la sangre.
Otro efecto de la adrenalina, en el hígado, es el de inhibir la síntesis de glucógeno. Esto es lógico, ya que de no ser así, una molécula de glucosa producida por la degradación de glucógeno, podría ser utilizada por las enzimas que sintetizan el polisacárido, desviando a la glucosa hacia otra ruta, y reduciendo de manera significativa el número de moléculas de glucosa que son liberadas hacia la sangre.
Este proceso inhibitorio se logra debido a que la glucógeno sintetasa, la principal enzima involucrada en la síntesis de glucógeno, se inactiva cuando se fosforila. Cuando la adrenalina se une a su receptor, aumentando los niveles intracelulares de AMPc, se activa la proteína quinasa y esta enzima fosforila a la glucógeno sintetasa, inactivándola, con lo que se detiene la síntesis de glucógeno. Este efecto se aprecia en la Figura 12.26.
Figura 12.26 Mecanismo de la inhibición de la síntesis del glucógeno hepático por la adrenalina. (Figura elaborada por el autor).
Las proteín quinasas son enzimas muy importantes en la regulación del metabolismo, ya que a su vez regulan la actividad de otras enzimas fosforilándolas, algunas son activas con Pi y otras son inactivas bajo estas condiciones.