Tema 3 de la unidad 7 del curso de Fisiología II de la carrera de QFB del CUCEI - Universidad de Guadalajara Mecanimos de acción de las hormonas endocrinas

1. Unidad 7: ENDOCRINOLOGÍA. Mecanismos de acción hormonal. Dr. Leonardo H. Hernandez

2. MECANISMO DE ACCION HORMONAL La respuesta a una hormona tres modalidades: función mecanismo de acción efecto biológico

3. MECANISMO DE ACCION HORMONAL La función propósito o utilidad de la hormona respecto a la regulación metabólica o a los cambios metabólicos que produce. El mecanismo de acción como una hormona interactúa con un receptor específico y todos los eventos intracelulares subsiguientes que conllevarán al efecto biológico. El efecto biológico la respuesta medible que produce la hormona sobre un órgano o acción enzimática.

4. MECANISMO DE ACCION HORMONAL Las hormonas influencian: los estados funcionales y morfogenéticos de tejidos que se encuentran distantes de las glándulas endocrinas que las producen. los andrógenos participan en la diferenciación celular, la proliferación así como en la carcinogénesis El sistema endocrino también regula el sistema inmunológico

5. MECANISMO DE ACCION RECEPTORES HORMONALES SENALIZACION INTRACELULAR TRAS LA ACTIVACION DEL RECEPTOR HORMONAL MECANISMOS DE SEGUNDO MENSAJERO

6. MECANISMO DE ACCION RECEPTORES HORMONALES Proteínas de gran tamaño Entre 2,000 y 100,000 por cada célula Cada receptor es específico a una hormona Localización: En o sobre la superficie de membrana celular Hormonas proteicas y catecolaminas En el citoplasma Hormonas esteroideas En el núcleo Hormonas tiroideas

7. REGULACION NUMERO RECEPTORES Número NO permanece constante Se inactivan o destruyen al ejercen su función (regulación a la baja) Se reactivan o producen al ejercer su función (regulación al alza)

8. MECANISMO DE ACCION RECEPTORES HORMONALES SENALIZACION INTRACELULAR TRAS LA ACTIVACION DEL RECEPTOR HORMONAL MECANISMOS DE SEGUNDO MENSAJERO

9. MECANISMO DE ACCION 2- SENALIZACION INTRACELULAR POR ACTIVACION DEL RECEPTOR ModificaciónPermeabilidadMembrana ActivaciónEnzimasIntracelulares Activación de Genes al unirse a receptoresIntracelulares

10. MODIFICACION PERMEABILIDAD DE MEMBRANA Unión de neurotransmisor a receptor de membrana postsináptica. Cambio en estructura del receptor Apertura o cierre de canalesIónicos Paso de ioneses lo querealmente produce el efecto

11. ACTIVACION ENZIMAS INTRACELULARES Unión de hormona a receptor de membrana Cambioestructural del receptor Insulina: Porción interior convierte en cinasaactivada Fosforilación sustancias en interior célula Adrenalina: Unión hormona-receptor especial que se convierte en adenil-ciclasaactivada Se catalizaformación de AMPc (segundomensajero)

12. ACTIVACION GENES Unión hormona a receptor (intracelular) Hormonas tiroideas y esteroideas Unión complejo hormona-receptor a cadena de ARN Transcripción de genes específicos Formación de ARN mensajero Producción de proteínas

13. MECANISMO DE ACCION RECEPTORES HORMONALES SENALIZACION INTRACELULAR TRAS LA ACTIVACION DEL RECEPTOR HORMONAL MECANISMO DE SEGUNDO MENSAJERO

14. MECANISMO DE ACCION Hormonaestimulaformaciónsegundomensajero. Segundo mensajero induce efectosposterioresintracelulares Segundosmensajeros: AMPc GMPc Iones de calcio Calmodulina Productos de degradación de fosfolípidos de membrana

15. SISTEMAS SEGUNDO MENSAJERO Adenilciclasa-AMPc Fosfolípidos de membrana celular Calcio-calmodulina

16. MECANISMO DE ACCIÓN HORMONA Existencia de receptores específicos a nivel de la célula diana, pueden estar a distinto nivel: Membrana plasmática: para hormonas con estructura proteica o peptídica y catecolaminas Citoplasma: hormonas esteroideas de las células diana Núcleo de la célula diana: hormonas tiroideas Los receptores tienen una estructura proteica y existen infinidad en la célula diana. Una vez que llega a la zona, interaccionan con el receptor específico, produciendo señales o mensajes intracelulares que dan lugar a unos efectos hormonales en esa células. Cada receptor suele ser específico para una única hormona; ello determina qué hormona actuará sobre un tejido particular.

17. MECANISMO DE ACCIÓN HORMONA La hormona (H) y receptor (R) forman un complejo (HR), en este complejo, el R presenta las siguientes características destacables: Adaptación inducida. A semejanza de la unión sustrato-enzima, la fijación de la hormona al receptor implica una adaptación estructural recíproca de ambas moléculas. Saturabilidad. El número de receptores existentes en una célula es limitado; si se representa en un sistema de coordenadas la cantidad de hormona fijada a receptores en una porción determinada de tejido en función de la concentración de hormona, se obtiene una curva hiperbólica. Reversibilidad. La unión hormona-receptor es reversible. Afinidad. La capacidad de fijación del receptor a un ligando está dada por la afinidad, que es determinada por las propiedades moleculares del receptor.

18. MECANISMO DE ACCIÓN HORMONA Transducción de la señal: Proteínas G. La mayoría de los transductores de receptores en la membrana celular son proteínas G. Las proteínas G constan de tres tipos de subunidades: , y . La subunidad es el componente de fijación del nucleótido de guanina y se cree que interacciona indirectamente con el receptor a través de las subunidades  y , a continuación, directamente con un enzima, lo que da como resultado la activación del enzima.

19. MECANISMO DE ACCIÓN HORMONA Transducción de la señal: Proteínas G. El caso más conocido es el de la activación de la enzima AdenilatoCiclasa por ligado de H-R y activación de proteínas G En realidad existen dos formas de la subunidad , designadas s la subunidad  estimuladora y ipara la subunidad  inhibidora. Dos tipos de receptores, y por tanto de hormonas, controlan la reacción de la adenilatociclasa: hormona-receptores que dan lugar a una estimulación de la adenilatociclasa, y aquellos que dan lugar a una inhibición de la ciclasa.

22. Mecanismo de acción para hormonas con receptores de membrana actúan produciendo a nivel intracelular sustancias denominadas “segundo mensajeros”. segundo mensajero sustancia cuya concentración aumenta intracelularmente en respuesta a la hormona primaria (primer mensajero). Su función es la de llevar la señal hormonal al interior de la célula, con la finalidad de traducirla en acción biológica. el AMP cíclico, el GMP cíclico, el ión calcio, el ión calcio unido a la calmodulina el ácido araquidónico y sus metabolitos el inositoltrifosfato el diacilglicerol actúan fosforilando proteínas que a su vez van a actuar sobre porciones específicas del DNA denominadas elementos de respuestos.

23. AMP cíclico El AMPc es producido por la adenilciclasa (enzima unida al lado interno de la membrana citoplasmática). Esta enzima convierte ATP en AMP cíclico en presencia de iones Mg2+. controlada por la fosfodiesterasa que cataliza la hidrólisis de AMPc en 5’-AMP. El AMPc activa una proteína kinasa. La proteína kinasa nativa está compuesta de dos subunidades: catalítica y regulatoria. La subunidad regulatoria suprime la actividad de la proteína kinasa nativa mediante su asociación con la subunidad catalítica. La activación de la proteína kinasa ocurre después que se ha liberado la subunidad catalítica de la subunidad regulatoria, por la unión del AMPc a la subunidad regulatoria de la proteína kinasa.

24. AMP cíclico La proteína kinasa activa (subunidad catalítica) fosforila proteínas específica Proteína ligadora del elemento de respuesta al AMPc (CREB) Modulador del elemento de respuesta al AMPc (CREM). La fosforilación de estas proteínas produce cambios en sus actividades lo que les permiten interactuar con secuencias específicas del DNA denominadas ELEMENTOS DE RESPUESTA AL AMPc (CRE) para modular la transcripción del gen. Tanto la CREB como el CREM pertenecen a una familia de proteínas ligadoras que tienen alguna homología entre sí. incluyen tanto inhibidores como activadores de la transcripción de los genes. En los efectos tróficos de respuesta prolongada, el sistema regula la síntesis proteica a nivel de la transcripción la translación de los ácidos nucleicos.

25. SISTEMAS SEGUNDO MENSAJERO Adenilciclasa-AMPc: Hormona peptídica Líquido extracelular receptor Membrana plasmática Proteína Gs adenilciclasa Citoplasma AMPc ATP Poteína cinasa dependiente de AMPc activa Poteína cinasa dependiente de AMPc inactiva Proteína + ATP Proteína-PO4 +ADP RESPUESTA CELULAR

27. HORMONAS USAN ADENILCICLASA-AMPc Coticotropina (ACTH) FSH, LH Calcitonina Glucagon Catecolaminas (receptores beta) Secretina Tirotropina (TSH) HormonaparatiroideaVasopresina Hormonaliberadora de corticotropina (CRH) Gonadotropinacoriónicahumana (hCG) Angiotensina II (célulasepiteliales)

28. GMP cíclico producido por acción de la enzima guanidilciclasa que convierte GTP a GMPc. posteriormente inactivada por acción de una fosfosdiesterasa. La GMPc activa la proteína kinasa G que a su vez fosforila proteínas. La hormona atrial natriurética y el óxido nítrico actúan a través de la activación del GMPc.

29. FOSFODIESTERASAS son enzimas que permiten la regulación de la concentración intracelular de AMPc y GMPc. 5 tipos de fosfodiesterasas: Fosfodiesterasa I: Estimulada por el complejo calcio-calmodulina Fosfodiesterasa II: Estimulada por GMPc Fosfodiesterasa III: Inhibida por GMPc Fosfodiesterasa IV: Específico para AMPc Fosfodiesterasa V: Específico para GMPc.

30. CALCIO El calcio actúa como segundo mensajero al incrementarse como fracción libre intracitoplasmática o al unirse a la calmodulina. la hormona específica se une a un receptor en el lado externo de la membrana; ->cambio conformacional en la membrana ->apertura o la constitución de los canales de calcio -> influjo de calcio. afectan los procesos celulares directamente o pueden ligarse a la calmodulina. El complejo calcio-calmodulina puede ligarse a ciertas enzimas con la finalidad de activarlos. complejo activa una proteinakinasa en el núcleo, fosforilándolo-> la proteína ligadora dependiente de AMPc (CREB)y el elemento de respuesta dependiente de AMPc (CRE)

31. CALCIO La proteína kinasa nuclear dependiente de calcio-calmodulina puede funcionar como un mediador de la transcripción inducida por calcio en sistemas endocrinos y neuroendocrinos como el hipocampo, hipotálamo y pituitaria. El calcio intracelular puede activar los sistemas de secreción formando un puente de los gránulos de secreción con la membrana plasmática desarrollando el acoplamiento estímulo-secreción. Otra forma de aumentar el calcio intracelular es a través de su liberación de los compartimentos celulares, el retículo endoplásmico y la mitocondria. Este proceso puede ser desarrollado por acción de un segundo mensajero, el inositoltrifosfato (IP3), que procede de la hidrólisis del fosfatidil-inositol-4,5-bifosfato. El calcio intracelular puede participar en los procesos de exocitosis para la secreción hormonal, o activar sistemas enzimáticos que participan en la formación de otros mensajeros.

34. SISTEMAS SEGUNDO MENSAJERO Calcio-Calmodulina: Entrada Calcio Por cambios de potencial de membrana Por cambios en los receptores de membrana Unión a Calmodulina Activación o inhibición de las proteín-cinasas Respuesta celular por fosforilación de proteínas Ej: activación de la miosina cinasa (cinasa de cadena ligera de miosina)

35. FOSFOINOSITOLES Los fosfoinositoles (fosfatidilinositol, fosfatidilinositolmonofosfato, y fosfatidilinositolbifosfato) se encuentran en la cara interna de la membrana citoplasmática. fosfatidilinositol-4,5-bifosfato —interviene después que la hormona se une a su receptor. PLC (fosfolipasa C o fosfoinositida de fosfolipasa C)  fosfatidilinositol-4,5-bifosfato ————->diacilglicerol(DAG) e inositol-1,4,5-trifosfato (IP3). El diacilglicerol siempre tiene en el carbono 1 el ácido graso: Acido araquidónico.

36. FOSFOINOSITOLES El IP3 moviliza calcio intracelular, el diacilglicerolactivar una proteína kinasa C (PKC) l iberarácido araquidónico. La activación de proteína kinasa C por DAG, induce la fosforilación de proteínas que favorecen la respuesta biológica u hormonal. El DAG por una lipasa dependiente de calcio liberar ácido araquidónico de la posición 1 del DAG. El ácido araquidónico puede activar la formación de GTP a GMP cíclico, ser metabolizada por la enzima lipo-oxigenasa para producir hidroxiperóxidos y leucotrienos, o por la enzima ciclo-oxigenasa para producir prostaglandinas, tromboxano, y prostaciclina. Varios de estos metabolitos actúan como segundo mensajeros.

38. SISTEMAS SEGUNDO MENSAJERO Hormona peptídica Hormonas usan Fosfolipasa C Líquido extracelular receptor Membrana plasmática Proteína G Fosfolipasa C PIP 3 DAG + IP3 Citoplasma Proteína cinasa C inactiva Proteína cinasa C inactiva ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° Proteína-PO4 Proteína ° ° ° ° ° ° Ca++ ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° Retículo endoplasmático RESPUESTA CELULAR RESPUESTA CELULAR

39. HORMONAS USAN FOSFOLIPASA C Vasopresina Oxitocina Angiotensina II (músculo liso epitelial) Catecolaminas (receptor alfa) Hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) Homona liberadora de la hormona del crecimiento (GHRH) Hormona Liberadora de la tirotropina (TRH)

40. Mecanismo de acción para hormonas con receptores intracelulares los esteroides y las hormonas tiroideas, por su bajo peso molecular y por su naturaleza lipofílicaatraviezan con facilidad la membrana citoplasmática. Los esteroides son transportados en el torrente sanguíneo en forma libre o ligados a proteínas séricas, globulina ligadora de hormonas sexuales (SHBG), la globulina ligadora de corticosteroides (CBG), la albúmina. En células de órganos blanco, los esteroides ingresan por difusión, aunque como ya se ha dicho anteriormente, se puede unir a la SHBG en el suero y unirse a un receptor de membrana y activar la formación de AMPc. Si el esteroide difunde dentro de la célula por difusión, permanece dentro de ella por un tiempo largo, por lo que puede mantenerse una concentración intracelular aumentada, a pesar de que los niveles plasmáticos vayan disminuyendo. L a razón de esta diferencia se explica por la presencia en el núcleo de las células efectoras del receptor.

42. Mecanismo de acción para hormonas con receptores intracelulares la unión del esteroide al receptor induce a un cambio conformacional del receptor que mejora su afinidad para secuencias específicas en el DNA denominadas Elementos de Respuesta a los Esteroides (ERE) -> cambios en la expresión de los genes que finalmente genera la síntesis de proteína y la respuesta celular. El receptor de andrógenos pertenece a una familia de proteínas que actúan como reguladores de la transcripción de genes por ligazón a secuencias específicas del DNA. Esta familia incluye a los receptores de las hormonas tiroideas, vitamina D y ácido retinoico. La existencia de esta gran familia de proteínas nucleares sugiere que la acción de los esteroides en el genoma puede representar un mecanismo de control de la transcripción específico que es utilizado por la célula para diferentes propósitos además de mediar la respuesta hormonal.

44. Clasificación de receptores nucleares Grupo I los receptores para estrógenos, hormonas tiroideas, ácido retinoico, y vitamina D, y que reconocen los flancos 5’ y 3’ de los elementos de respuesta del DNA. Grupo II los receptores para andrógenos, progestágenos, glucocorticoides y mineralocorticoides, que reconoce el flanco 5’ del DNA. La mayoría de interacciones esteroide-receptor ocurre dentro del núcleo, excepto el receptor de los glucocorticoides, que parece en alguna extensión translocarse del citoplasma al núcleo después de haberse ligado a la hormona. La activación de los elementos de respuesta induce que la enzima RNA polimerasa ocupe el sitio de iniciación para que sintetice el RNAm. El RNA mensajero migra hacia los ribosomas del citoplasma donde se sintetiza la proteína cuya codificación ha sido desreprimida. Estas secuencias son conocidas como elementos de respuesta, y facilitan que sintetice RNA mensajero durante la transcripción, seguido por la síntesis proteica durante la translación, y en esta forma producir los efectos fisiológicos (18).