CURSO: BIOLOGÍA COMÚN

MATERIAL BC Nº 18

Unidad II: Procesos y Funciones Vitales.

HORMONAS Y CONTROL HORMONAL INTRODUCCIÓN Para que los seres vivos superiores puedan desarrollarse plenamente en su ambiente, es necesario que cada uno de sus diferentes órganos y sistemas funcionen en coordinación con los demás. Esta regulación se logra por la acción de los sistemas nervioso y endocrino. La integración de estos sistemas es clave en la mantención constante del medio interno (Homeostasis), procesos que van desde la regulación del volumen y composición del líquido tisular hasta la regulación térmica. De esta manera, la constancia del medio interno puede considerarse como el objetivo de la actividad de órganos y sistemas para proporcionar condiciones óptimas a la actividad celular, y, por lo tanto, del funcionamiento del organismo (Ver Figura 1 y Tabla 1). El Sistema Nervioso (SN), se encarga de la coordinación rápida de las actividades de los diferentes órganos y sistemas, además de relacionar al organismo con su medio externo, la cual se realiza a través de impulsos que se propagan por vías especiales, lo que permite a este sistema ser de acción rápida, pero al mismo tiempo localizado y de corta duración (Figura 1). El Sistema Endocrino (SE), por su parte, tiene una acción más generalizada, lenta y con efectos más duraderos. Su acción la ejerce por medio de sustancias llamadas hormonas que circulan por el torrente sanguíneo (Figura 1).

Figura 1. Esquema comparativo entre Sistema Endocrino y Sistema Nervioso.

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Tabla 1. Comparación de las características de los Sistemas Endocrino y Nervioso.

CARACTERÍSTICA SISTEMA ENDOCRINO SISTEMA NERVIOSO

Función General Regulación de efectores para mantener la homeostasis.

Regulación de efectores para mantener la homeostasis.

Control por circuitos de retroalimentación reguladora

Sí, a través de reflejos endocrinos. Sí, a través de reflejos nerviosos.

Tejidos efectores Efectores endocrinos: virtualmente todos los tejidos.

Efectores nerviosos: sólo músculo y tejido glandular.

Células efectoras Células diana (blanco) en todo el cuerpo.

Células postsinápticas, sólo en músculo y en tejido glandular.

Mensajero químico Hormona. Neurotransmisor.

Células que secretan el mensajero químico

Células epiteliales glandulares o células neurosecretoras. Neuronas.

Distancia recorrida por el mensajero químico

Recorren una gran distancia a través de la sangre circulante.

Recorren una corta distancia a nivel de sinapsis microscópicas.

Ubicación del receptor En la membrana plasmática o dentro de la célula.

En la membrana plasmática.

Efectos. Aparecen tardíamente y son muy duraderos.

Aparecen rápidamente y son de corta duración.

1. SISTEMA ENDOCRINO

Las funciones ejercidas por el sistema endocrino se fueron clarificando a la luz de diferentes experimentos. Las investigaciones realizadas en 1849 por el doctor A.A. Berthold demostraron la importancia de las gónadas en la maduración de los gallos. Él demostró que si a un grupo de gallos juveniles se les extraen los testículos no desarrollan cresta ni la agresividad característica de estas aves en estado adulto. Pero hizo ver también, que cuando los testículos eran retirados e injertados en una región diferente del cuerpo, próximos a algún vaso sanguíneo, los gallos se desarrollaban normalmente. Estos estudios pusieron de manifiesto la existencia de alguna sustancia química producida por un órgano específico capaz de desencadenar efectos en otro tejido del cuerpo, y que esta sustancia debía ser transportada por el torrente sanguíneo. Otros investigadores, entre los que destacan Starling y Bayliss, fueron confirmando la participación de otros mensajeros químicos en la regulación de diferentes funciones del organismo. Estos mensajeros químicos reciben el nombre de hormonas.

Figura 2. Organización del Sistema Endocrino.

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2. HORMONAS

• Concepto de hormona.

Sustancia orgánica secretada por células vivas o un tejido glandular dentro del organismo y transportadas por la sangre, a un sitio específico de acción donde ejerce su efecto fisiológico sobre otras células. En general, las hormonas ejercen más de una acción, por ejemplo, la testosterona, hormona producida en los testículos, estimula la síntesis proteica en las células somáticas y promueve la espermatogénesis activando la síntesis proteica en los túbulos seminíferos. • Características y propiedades de las hormonas.

� Con pocas excepciones, las hormonas no son secretadas en cantidades constantes, sino que en forma intermitente o pulsos. Normalmente siempre está ocurriendo alguna secreción y la tasa de producción puede aumentar o disminuir, según los requerimientos celulares. La secreción implica dos procesos: síntesis y almacenamiento intracelular, y su posterior liberación a la sangre.

���� Las hormonas son transportadas por el torrente sanguíneo en solución (las hidrosolubles) o ligadas a algún componente proteico del plasma (las liposolubles). En las hormonas que circulan en la sangre ligadas a proteínas plasmáticas, sólo la hormona libre puede ejercer efectos sobre las células blanco. La cantidad de una hormona en la circulación es usualmente regulada por controles de “feed-back” negativo; ésto es, una caída en el nivel de la hormona en la sangre estimula una secreción adicional, y un aumento del nivel inhibe la secreción.

���� A través de la sangre las hormonas pueden llegar a la mayoría de los tejidos, sin embargo, la respuesta del organismo a las hormonas es altamente específica. Una determinada hormona afecta solamente a células específicas, llamadas células blanco o células diana. Esta especificidad se debe a la presencia de receptores moleculares en su membrana o intracelulares, los que activan complejos sistemas responsables de la respuesta celular (Figura 3 y 4).

Figura 3. Mecanismo de una hormona no esteroidal. Las hormonas (primer mensajero)(1) se fijan a un receptor fijo de membrana de la célula blanco(2), el complejo hormona-receptor activa a una proteína G(3), la cual reacciona con GTP, la que a su vez activa a una enzima fijada a la cara interna de la membrana plasmática(4). Esta enzima saca fosfatos del ATP, convirtiéndolo en AMPc (segundo mensajero)(5) el a su vez activa o inactiva a enzimas intracelulares especificas(6) y(7), las que finalmente inducirán la respuesta en la célula blanco .

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Figura 4. Mecanismo de la hormona esteroidal. La hormona atraviesa la membrana plasmática, donde se fijan a sus receptores para formar el complejo hormona-receptor, el cual migra al interior del núcleo y se fija a un lugar especifico de la molécula de DNA, provocando la transcripción de la información genética. El RNAm resultante pasa al citoplasma, se une a un ribosoma y se inicia la síntesis de una proteína, la que por lo general actúa como enzima o proteína canal, la que producirá efectos en la célula blanco. • Efectos de la acción hormonal.

Una vez que una hormona es reconocida por su respectivo receptor en la célula blanco, puede ejercer efecto: � Estimulante: promueve actividad en un tejido. Ej.: Prolactina. � Inhibitorio: disminuye actividad en un tejido. Ej.: Somatostatina. � Antagonista: cuando un par de hormonas tiene efectos opuestos entre sí. Ej.: Insulina y

Glucagón. � Sinergista: Cuando dos hormonas en conjunto tienen un efecto más potente que cuando se

encuentran separadas. Ej.: hGH y T3/T4. � Trópica: esta es una hormona que altera el metabolismo de otro tejido endocrino.

Ej.: gonadotropina.

Diferentes células pueden responder de diferente forma a una misma hormona. Esta diversidad de respuestas de los tejidos blancos es posible porque maquinarias celulares que elaboran las respuestas “leen” la señal de manera distinta. La especificidad de la acción hormonal se explica más por las características de las células blanco que por las propiedades de las hormonas.

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3. HIPOTÁLAMO e HIPÓFISIS Hipotálamo.

Durante muchos años la hipófisis o glándula pituitaria recibió el nombre de glándula endocrina “principal” debido a que produce varias hormonas que controlan otras glándulas endocrinas. Actualmente sabemos que la propia hipófisis tiene una glándula “principal” el hipotálamo. Esta pequeña región del cerebro, es la conexión integradora más importante entre los sistemas nervioso y endocrino. Recibe aferencias de otras regiones del cerebro: sistema límbico, corteza cerebral, tálamo y sistema reticular activante. Además, recibe señales sensoriales de órganos internos y del sistema visual. Las experiencias dolorosas, estresantes y emocionales producen cambios en la actividad hipotalámica. El hipotálamo no es sólo un importante centro regulador del sistema nervioso, sino también una glándula endocrina fundamental, sintetiza al menos nueve hormonas diferentes tales como: Oxitocina (OT); Vasopresina u hormona antidiurética (ADH); y las hormonas que controlan a la hipófisis anterior o adenohipófisis (IH y RH), Figura 5 y tabla 2. El hipotálamo controla a la hipófisis con la producción de hormonas liberadoras (RH) o inhibidoras (IH). La Hipófisis anterior a su vez controla a otras glándulas endocrinas con la liberación de hormonas tróficas que estimulan la producción de una tercera hormona (H3) que actuará en el tejido blanco generando la respuesta fisiológica. El sistema se puede retroalimentar para lograr niveles adecuados de las diferentes hormonas. • Hipófisis. La glándula pituitaria o hipófisis es de gran importancia en la secreción hormonal. Reside en una cavidad ósea, debajo del hipotálamo, la silla turca. Secreta nueve hormonas, la mayoría de las cuales regulan las funciones de otros tejidos endocrinos, por lo que se le ha denominado la “glándula maestra” (Figura 6). La hipófisis se divide en una porción anterior llamada adenohipófisis, la cual libera cuatro Hormonas tróficas:

� Adenocorticotrófica o ACTH � Tirotrófica o TSH � Folículo estimulante o FSH � Luteinizante o LH Además de las siguientes hormonas: � Hormona del crecimiento o GH � Prolactina. La neurohipófisis, solo almacena y libera a la sangre hormonas producidas en el hipotálamo (oxitocina y ADH)

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Figura 5.Esquema que representa la relación entre el hipotálamo y la hipófisis posterior o neurohipófisis, la que sólo secreta hormonas producidas en el hipotálamo (ADH y oxitocina).

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Figura 6.Esquema que representa la relación entre el hipotálamo y la hipófisis anterior o adenohipófisis.

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Tabla 2. Hormonas hipotalámicas.

Hormonas Hipotalámicas

Blanco

Acción principal

Hormona liberadora de la hormona del crecimiento (GRH).

Adenohipófisis Estimula la secreción (liberación) de hormona del crecimiento.

Hormona inhibidora de la hormona del crecimiento (GIH) o Somatostatina (SS).

Adenohipófisis Inhibe la secreción de hormona del crecimiento.

Hormona liberadora de corticotropina (CRH).

Adenohipófisis Estimula la liberación de hormona adrenocorticotrofa (ACTH).

Hormonal liberadora de tirotropina (TRH).

Adenohipófisis Estimula la liberación de hormona tiroideoestimulante (TSH).

Hormona liberadora de gonadotropina (GnRH).

Adenohipófisis Estimula la liberación de gonadotropinas (FSH y LH).

Hormona liberadora de prolactina (PRH).

Adenohipófisis Estimula la secreción de prolactina.

Hormona inhibidora de prolactina (PIH) o dopamina.

Adenohipófisis Inhibe la secreción de prolactina.

Oxitocina Glándulas mamarias y músculo uterino

Estimula la eyección láctea y las contracciones del músculo uterino durante el parto.

Vasopresina o Antidiurética(ADH) Riñones (nefrones) Aumenta la reabsorción de agua a nivel de los túbulos contorneados distal y colector.

* Tanto la oxitocina como la ADH son sintetizadas por el hipotálamo, para luego ser almacenadas y liberadas por la neurohipófisis.

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Síntesis de las hormonas de la vía hipotálamo-hipófisis anterior.

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4. PÁNCREAS El páncreas es una glándula mixta (anficrina): produce enzimas digestivas y hormonas (Figura 6). En 1869, el anatomista alemán Paul Langerhans, observó que el páncreas contenía grupos de células claramente separadas del tejido glandular circundante. Estos grupos constituían sólo el 2% de la masa total del páncreas y aparecían como diminutas islas celulares o, como Langerhans las llamó, islotes. Los islotes de Langerhans son glándulas endocrinas que producen insulina, glucagón y somatostatina. La insulina facilita el transporte activo de la glucosa al interior de la célula a través de la membrana celular. En presencia de la insulina la entrada de glucosa a la célula es 25 veces más rápida que en su ausencia. Figura 7. Páncreas y los islotes de Langerhans. La deficiencia de insulina determina un tipo de diabetes, denominada diabetes mellitus, y fue descrita por Hipócrates hace más de 2.000 años como una situación en la que la orina contiene azúcar. Cuando se ingiere almidón o azúcar, las enzimas de los jugos digestivos los hidrolizan a glucosa. Este monosacárido es transportado a través de la pared intestinal y pasa a la sangre. Cuando la glucosa en la sangre comienza a elevarse, los islotes de Langerhans en el páncreas son estimulados y liberan insulina. Parte de la glucosa absorbida permanece en la circulación, pero la mayor parte es llevada al hígado, donde es transportada rápidamente a través de la membrana celular bajo la influencia de la insulina y almacenada como glucógeno.

En la mantención de la glicemia también participan las hormonas hiperglicemiantes somatotrofina, adrenalina y glucocorticoides. La somatostatina es una hormona que inhibe la secreción de hormona del crecimiento y es hipoglicemiante. En la tabla 3 se encuentra un resumen de las hormonas que producen el páncreas

Tabla 3. Hormonas producidas por el páncreas. Hormonas Fuente Células blanco Acción principal

Glucagón

Islotes pancreáticos (células alfa α)

General

Favorece la salida de glucosa de las reservas a la sangre.

Insulina

Islotes pancreáticos (células beta β )

General

Favorece la salida de glucosa de la sangre a las células.

Somatostatina

Islotes pancreáticos (células delta δ )

Células pancreáticas y otros efectores

Puede tener efectos sistémicos generales, pero su función principal parece ser la regulación de la secreción de otras hormonas pancreáticas.

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5. SÍNTESIS

Tabla 4. Clasificación hormonal según función.

FUNCIÓN HORMONAL INTEGRADA

HORMONA MÁS IMPORTANTE

NATURALEZA QUÍMICA

GLÁNDULA PRODUCTORA EFECTO O ACCIÓN

Somatotrofina (GH)

Proteica

Hipófisis anterior

Promueve el crecimiento.

Tiroxina

Derivado de aminoácidos

Tiroides

Regula los procesos de crecimiento celular.

Insulina Proteica Páncreas

Hipoglicemiante (antagónica a hormona del crecimiento en la regulación de la glucosa).

TSH Glicoproteica Hipófisis anterior Estimula la secreción de hormonas tiroideas.

CONTROL DEL

CRECIMIENTO

Y

DESARROLLO

GRH (Hormona liberadora de la hormona del crecimiento).

Proteica Hipotálamo Estimula la secreción de hormonas de crecimiento.

ADH, antidiurética Proteica

Hipotálamo (secretada por la neurohipófisis)

Promueve retención de agua.

Aldosterona Esteroidal Glándula Suprarrenal

Promueve reabsorción de sodio y agua.

Cortisol Esteroidal Glándula Suprarrenal

Mantiene la presión arterial normal.

Calcitonina

Proteica

Tiroides

Disminuye los niveles sanguíneos de Calcio.

Angiotensina II Proteica -----

Promueve reabsorción de sodio y agua, aumentando la liberación de aldosterona.

Parathormona Proteica Paratiroides

Hipercalcemiante y estimula la reabsorción de calcio por el intestino.

CONTROL DE LA COMPOSICIÓN

IÓNICA

Y

DEL VOLUMEN DEL LEC

Atriopeptina (Natriurética auricular)

Proteica Células Auriculares

Incrementa la producción de orina y excreción de Sodio.

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FUNCION HORMONAL INTEGRADA

HORMONA PARTICIPANTE MÁS

IMPORTANTE

NATURALEZA QUIMICA

GLANDULA PRODUCTORA EFECTO O ACCION

Insulina Proteica Páncreas

Disminuye los niveles de glicemia favoreciendo el metabolismo celular de compuestos orgánicos.

Glucagón Proteica Páncreas

Incrementa los niveles de glicemia.

Transformación de ácidos grasos y aminoácidos en glucosa.

Somatotrofina Proteica Hipófisis anterior

Estimula el metabolismo graso y el anabolismo proteico.

ACTH (Adrenocorticotrofa) Proteica Hipófisis anterior

Mantiene el crecimiento y desarrollo de la glándula suprarrenal.

Adrenalina Aminoácido modificado

Glándula Suprarrenal

Incrementa y prolonga los efectos de la sección simpática del sistema nerviosos autónoma (incrementar la intensidad metabólica).

Tiroxina

Aminoácido modificado Tiroides Aumenta la tasa metabólica.

Cortisol Esteroidal Glándula Suprarrenal

Disminuye el catabolismo de carbohidratos y acelera el de lípidos.

Acelera la transformación de aminoácidos a glucosa (gluconeogénesis).

CONTROL DEL PROCESO

METABOLICO

TSH (Tirotrofina) Glucoproteína Hipófisis anterior

Favorece el crecimiento de la glándula tiroides.

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6. HORMONAS VEGETALES Al igual que los animales, las plantas producen hormonas en cantidades muy pequeñas, pero una pequeña cantidad de cualesquiera de estas sustancias puede tener efectos importantes en las células blanco. Tan sólo unas pocas moléculas de una hormona pueden alterar el metabolismo y el desarrollo de las células de una planta. Las hormonas hacen esto activando las vías de señal-transducción en las células blanco. En las plantas, como en los animales, estas vías conducen a respuestas celulares tales como la activación o desactivación de los genes, la inhibición o la activación de las enzimas, o los cambios en las membranas. Como indica la tabla 5, cada tipo de hormona puede producir una variedad de efectos. Nótese que los cinco tipos de hormonas influyen en el crecimiento, y cuatro de ellas afectan el desarrollo.

Tabla 5. Hormonas vegetales.

Hormonas

Funciones principales

Lugar donde se producen

Auxinas

• Estimulan el alargamiento del tallo. • Provocan la dominancia apical. • Estimulan el desarrollo de frutos. • Regulan el fototropismo y gravitropismo. • Afectan el crecimiento y diferenciación de la raíz.

Meristemas de yemas apicales; hojas jóvenes; embriones.

Citocininas

� Estimulan la división celular. � Estimulan la germinación. � Retrasan el envejecimiento. � Afectan el crecimiento y la diferenciación de la

raíz.

Se elaboran en raíces, embriones y frutos; se desplazan desde la raíz hacia otros órganos.

Giberelinas

o Promueven la germinación de la semilla y el

alargamiento de los tallos. o Estimulan la floración y el desarrollo de frutos.

Meristemas de yemas apicales y radiculares; hojas jóvenes, embriones.

Ácido abscísico

���� Inhibe el crecimiento. ���� Ayuda a mantener la dormancia. ���� Estimula el cierre de los estomas durante la

pérdida de agua.

Hojas, tallos, raíces, frutos verdes.

Etileno

� Promueve la maduración del fruto. � Contrarresta algunos de los efectos de la auxina. � Promueve o inhibe el crecimiento y desarrollo de

las raíces, hojas y flores, dependiendo de la especie.

Frutos en proceso de maduración, nudos de tallos, hojas moribundas.

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PREGUNTAS 1. De las siguientes estructuras, una de ellas no produce secreción endocrina:

A) timo. B) riñón. C) pulmón. D) hígado. E) corazón.

2. Las hormonas pueden ejercer sus efectos de manera

I) sinergista II) antagónica.

III) catalítica.

A) Sólo II B) Sólo I y II C) Sólo I y III D) Sólo II y III E) I, II y III

3. Sobre la insulina y el glucagón se puede afirmar correctamente que

I) son secretadas por una glándula anficrina. II) poseen receptores en la membrana de sus células blanco.

III) su regulación depende de hormonas tróficas hipofisiarias. A) Sólo I B) Sólo III C) Sólo I y II D) Sólo II y III E) I, II y III

4. En la regulación por retroalimentación del hipotálamo y de la adenohipófisis, la hormona final de la vía

puede ejercer su efecto

I) inhibiendo a la hipófisis. II) inhibiendo al hipotálamo.

III) inhibiendo la glándula que la produce. A) Sólo I B) Sólo I y II C) Sólo I y III D) Sólo II y III E) I, II y III

5. De la oxitocina se puede afirmar que ejerce efecto

I) en la musculatura uterina (parto). II) en la mama para producir leche.

III) en la mama para eyectar leche. A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) Sólo II y III

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6. La glicemia (concentración de glucosa en la sangre) puede estar fuera de lo normal por

I) la baja concentración de tiroxina y glucocorticoides. II) el aumento de la concentración de insulina y somatostatina.

III) el aumento de la concentración de estrógeno y de aldosterona.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y II D) Sólo II y III E) I, II y III

7. HIPOTÁLAMO GLÁNDULA HORMONA A HORMONA B TEJIDO GLÁNDULA HORMONA C Según el esquema anterior la hormona C podría ser:

I) Somatotrofina. II) Adrenocorticotropina.

III) Cortisol.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo II y III E) I, II y III

8. Durante el invierno o en los períodos de sequía, ¿cuál de las siguientes hormonas vegetales inhibe el crecimiento y la germinación de la semilla?

A) Auxina. B) Etileno. C) Citocinina. D) Giberelina. E) Ácido Abscísico.

9. Encuentre la correspondencia entre enfermedad endocrina y hormona responsable:

A) 1M, 2N, 3L, 4O B) 1O, 2L, 3M, 4N C) 1L, 2O, 3N, 4M D) 1O, 2N, 3M, 4L E) 1O, 2N, 3L, 4M

1. Diabetes insípida. L. Insulina.

2. Diabetes mellitus. M. Tiroxina.

3. Cretinismo. N. Somatotrofina.

4. Gigantismo.

O. Antidiurética.

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10. Encuentre la correspondencia entre la columna indicada por números y la columna indicada con letras:

1. Adrenocorticotrófica. P. Mecanismo de control producto final. 2. Retroalimentación negativa. Q. Responsable de la reabsorción de sodio en el túbulo renal. 3. Aldosterona. R. Su falta genera poliuria. 4. Antidiurética. S. Estimula la corteza suprarrenal a que produzca cortisol. 5. Homeostasis. T. Mantener variables relativamente estables.

A) 1P – 2Q – 3R – 4S – 5T B) 1S – 2P – 3Q – 4R – 5T C) 1T – 2S – 3R – 4Q – 5P D) 1P – 2S – 3T – 4R – 5S E) 1R – 2P – 3T – 4S – 5R

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