Jess Adolfo Garca Sinz

HORMONAS: MENSAJEROS QUMICOS Y COMUNICACIN CELULAR

EDICIN

la ciencia desde mxico

Primera edicin, 1987

Primera reimpresin, 1991

Segunda reimpresin, 1992

Tercera reimpresin, 1993

Segunda edicin, 1996

La ciencia desde Mxico es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Econmica, al que pertenecen tambin sus derechos. Se publica con los auspicios de la Secretara de Educacin Pblica y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa.

D.R. 1996 FONDO DE CULTURA ECONMICA

Carretera Picacho-Ajusco 227, 14200 Mxico, D.F.

ISBN 968-16-5080-8 (segunda edicin)

ISBN 968-16-2543-9 (primera edicin)

Impreso en Mxico

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a mi esposa y a mis colaboradores la lectura y correccin del manuscrito

PRLOGO A LA SEGUNDA EDICIN

HACE APROXIMADAMENTE DIEZ AOS fui invitado a escribir la primera edicin de este libro sobre mi rea de trabajo: el mecanismo molecular de accin de las hormonas. Lo escrib con el deseo de presentar a un pblico amplio, no especializado, algunas de las ideas centrales de este campo.

Si bien yo tena la esperanza de que el libro fuese bien aceptado, nunca pens que fuera reimpreso, y la posibilidad de que tuviese que ser actualizado y alcanzara una segunda edicin la consideraba, honestamente, muy remota.

Para mi sorpresa, la serie La Ciencia desde Mxico ha tenido un gran xito. Si consideramos que, desafortunadamente, en este pas se lee muy poco, y que adems la ciencia no ocupa el lugar importante que debera tener en nuestra cultura, el hecho es realmente sobresaliente.

Sin duda, a este xito han contribuido los promotores de la misma (la Secretara de Educacin Pblica, SEP, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa, CONACYT, y el Fondo de Cultura Econmica) y el enorme entusiasmo de su Coordinadora, la seora Mara del Carmen Faras, a quien agradezco sus muchas atenciones.

Mencionaba en el prlogo a la primera edicin que en la antigedad un conocimiento permaneca sin modificarse por siglos, pero que en nuestro tiempo vivimos una verdadera revolucin en el saber, lo que obliga a una revisin constante. Esto es especialmente claro en campos muy jvenes, como el que aqu nos ocupa. As, cuando la seora Faras me habl hace algunos meses para producir una nueva reimpresin de la obra, indiqu la necesidad de hacerle una revisin a fondo. Espero que esta nueva edicin sea de inters y utilidad.

Ciudad Universitaria, Mxico, D.F., octubre de 1995

I. LOS MESAJEROS DE LAS CLULAS

A) NECESIDAD DE LA COMUNICACIN CELULAR

UNA DE LAS CARACTERSTICAS ESENCIALES de los seres vivos es su capacidad de ajustarse a las condiciones que les presenta el medio; a esta caracterstica se la llama plasticidad. Dicha plasticidad es vital para las clulas, ya que, de no existir, sus posibilidades de sobrevivencia seran muy escasas. De hecho, la extincin de una especie indica que se sobrepas su capacidad de ajuste. Imagnese por un momento a una clula o a un organismo sencillo en un medio especfico; ahora, lo colocamos en otro de composicin diferente. Qu suceder? En primer lugar, el organismo deber percatarse del cambio y luego realizar los ajustes necesarios para continuar llevando a cabo sus funciones fundamentales. Ello implica que tiene la capacidad de "percibir", "escuchar" o "sentir" los cambios que se producen y de "responder" a ellos.

Si pensamos en organismos ms complejos, como nosotros, por ejemplo, se ver que las clulas que nos forman se encuentran rodeadas por un medio (el lquido extracelular o medio interno), cuya composicin vara, aunque dentro de lmites relativamente estrechos. Estas clulas tambin estn "escuchando" y "respondiendo" a dichos cambios. Ahora bien; si consideramos al individuo como un todo, nos resulta obvio que el conjunto de clulas que lo forman debe responder en una forma global, coordinada y armoniosa. Dado que estamos pensando en millones de clulas, dicha coordinacin y armona slo puede lograrse mediante un amplsimo sistema de comunicacin celular. Pongamos un ejemplo: imaginemos a un ilustre capitalino gozando de unas merecidas vacaciones en una de las hermosas playas de nuestra Repblica Mexicana. Nuestro capitalino est cmodamente recostado disfrutando del Sol y las bellezas del lugar; de repente, observa que el oleaje aumenta y que va a ser cubierto por el mar. Es evidente que no permanecer tranquilo, de inmediato parecer que los ojos se salen de sus rbitas; la frecuencia y la fuerza de contraccin de su corazn aumentarn, as como la amplitud de su respiracin. Instantes despus, har todos los movimientos necesarios para poner "pies en polvorosa", alejndose del peligro. Adems, le ocurrirn muchsimos otros cambios, la mayora totalmente imperceptibles para l, pero sumamente importantes para permitir la respuesta global de su organismo: aumentar su tensin arterial, su sudoracin, la concentracin de combustibles (como los azcares y las grasas) en su sangre, etc. Se dira que casi la totalidad de sus clulas se enteraron del acontecimiento y respondieron coordinadamente. Pero cmo se enteraron? Esto ocurri a travs de una enorme, rpida y compleja red de comunicacin celular; que se realiza y coordina por medio de dos grandes sistemas: el sistema nervioso y el sistema hormonal o endocrino. Ambos operan bsicamente por medio de mensajes qumicos.

B) TODAS LAS CLULAS SE COMUNICAN?

Cabe aclarar un aspecto importante. Podra pensarse que slo los organismos complejos, pluricelulares, establecen comunicacin, pero no es as. Muchos organismos sencillos, unicelulares, tambin lo hacen. Como en el caso de algunos mohos que pueden vivir tanto en forma unicelular (amiboidea) como formando estructuras ms complejas (el moho propiamente dicho), dependiendo de las condiciones que se les presenten. En este ejemplo, las clulas libres detectan los cambios en el medio y

secretan mensajeros. Estos mensajeros llegan a otras clulas que, en respuesta, se agregan y se van diferenciando hasta formar las estructuras del moho.

Decamos anteriormente que en los organismos pluricelulares la comunicacin se realiza y coordina por medio de dos sistemas:el nervioso y el endocrino u hormonal. En realidad la interrelacin entre ambos es tan estrecha, que pueden considerarse como uno solo: el gran sistema neuroendocrino. Este sistema capta los cambios en el medio externo, ajusta el medio interno y permite la accin de cada clula de forma tal que la respuesta global se integre. Es ste, pues, el comunicador y coordinador por excelencia. Sin embargo, considerar que el sistema neuroendocrino slo interviene en la comunicacin sera un grave error. En realidad hay comunicacin celular entre todas las clulas y en todos los mbitos como se ver ms adelante. Por ejemplo, cuando nos enfrentamos a una infeccin hay una respuesta neuroendocrina global, pero adems los muy diversos tipos de clulas de nuestro sistema inmune realizan una enorme labor para combatirla. En esta lucha participa una intrincadsima red de comunicacin celular.

C) FORMAS EN LAS QUE OPERA LA COMUNICACIN CELULAR

Ahora se analizarn brevemente las seis principales formas en que opera la comunicacin celular (ilustradas en la figura I):

I) En el caso de la comunicacin endocrina u hormonal, las clulas de las glndulas de secrecin interna (como la hipfisis, la tiroides, los islotes del pncreas, las suprarrenales, los ovarios y los testculos) vierten su mensajero, es decir, las hormonas, al torrente circulatorio. Una vez en la sangre, estas hormonas circulan por todo el organismo e interactan con algunas clulas que son "receptoras" para un mensajero dado, las cuales se llaman "clulas blanco". Ello indica que el mensajero es selectivo, esto es, que va dirigido nicamente a algunas clulas que pueden "escucharlo". Ms adelante se ver de qu depende esta capacidad de "audicin selectiva" de las clulas.

2) En la neurotransmisin, es decir, la comunicacin qumica a travs de las clulas nerviosas, las neuronas con sus largos axones estn muy cercanas a las clulas con las que se comunican. La membrana externa de la neurona est "casi en contacto" con la membrana externa de la clula. Este "casi contacto" es una estructura especializada a la que llamamos sinapsis; en ella hay un espacio (el espacio sinptico) que separa a una clula de la otra. El flujo o sentido de la informacin es unidireccional y va de la neurona, o clula presinptica (que est antes de la sinapsis), a la clula receptora o postsinptica. En esta forma de comunicacin, la clula presinptica vierte su mensaje (al cual llamaremos neurotransmisor) al espacio sinptico, y ste viaja e interacciona con la clula postsinptica, la cual lo recibe y responde.

Pencil

FIGURA 1. Formas de comunicacin por mensajeros qumicos: a) comunicacin endocrina, b) neurotransmisin, c) neurosecrecin, d) comunicacin paracrina, e) comunicacin yuxtacrina y f) comunicacin autocrina.

3) Existe una variedad de comunicacin que es una mezcla de las dos anteriores: la llamada secrecin neuroendocrina o neurosecrecin. En este caso, una clula formada a partir de tejido nervioso secreta su mensaje a la circulacin. La neurohormona viaja en el torrente sanguneo para interaccionar con clulas receptoras o "blanco".

4) La comunicacin que se produce entre clulas relativamente cercanas, sin que para ello exista una estructura especializada (como es el caso de la sinapsis), recibe el nombre de paracrina. Esta comunicacin tiene un carcter netamente local. Pongamos un ejemplo: imagnese que ocurre la ruptura de un pequeo vaso sanguneo; inmediatamente se produce la liberacin de algunos compuestos (mensajeros) que ocasionan una agregacin de plaquetas en el sitio de ruptura. Las plaquetas, a su vez, secretan una serie de mensajeros que van a producir nuevos efectos: harn que otras plaquetas se agreguen, favoreciendo la formacin de un cogulo, y estimularn la contraccin de las clulas musculares del vaso sanguneo. Todo ello es un organizado sistema de seales intercelulares tendientes a un fin especfico: impedir la prdida de sangre. Ntese que se ha hablado de comunicacin entre varios tipos de clulas: las que cubren la superficie del vaso sanguneo (endotelio), de las plaquetas y de las clulas musculares del mismo vaso. Hay muchas otras clulas que participan en este fenmeno y que para simplificar no se han mencionado. Es un proceso sencillo, local, y tambin se ha hablado de comunicacin entre varios tipos de clulas mediante diversos mensajeros. Algunos de stos son las llamadas hormonas locales o mediadores locales; se les ha dado el nombre de autacoides (que proviene del griego autos = propia y akos = remedio, y que pretende dar la idea de que son sustancias que se producen en el mismo organismo para su propia curacin o alivio).

5) Comunicacin yuxtacrina es el nombre que el doctor Joan Massagu ha dado a una forma de comunicacin que existe entre clulas adyacentes, donde hay molculas andadas a la cara externa de la superficie de una clula que hacen contacto con sreceptores localizados en la membrana de una clula contigua. Es interesante que, a diferencia de los otros sistemas, este factor est anclado y por lo tanto no difunde en el medio. Quiz el mejor ejemplo para ilustrar este tipo de comunicacin es el que

ejerce el Factor de Crecimiento y Transformacin alfa (TGF-a) que como su nombre indica, es un importante mensajero que regula el crecimiento y la diferenciacin de muchas clulas.

6) Por ltimo, existe la autocomunicacin o comunicacin autocrina, en la que una clula se comunica consigo misma, es decir, establece una especie de monlogo. Esta forma de comunicacin podra parecer extraa, pero es muy importante. Vanse los siguientes ejemplos: a) se coment, algunos prrafos arriba, que en la neurotransmisin la clula presinptica libera al mensajero para que acte sobre la clula postsinptica; ahora bien, este mismo mensajero va a actuar sobre la clula presinptica (o sea aquella que lo liber) para "avisarle" que todava hay neurotransmisor en el espacio sinptico y as evitar una nueva descarga de mensajero; b) algunas clulas que liberan factores de crecimiento y proliferacin, que actan sobre ellas mismas, favoreciendo que se multipliquen. En algunos tipos de cncer las clulas producen estos factores en forma continua, no controlada, lo cual hace que estas clulas se reproduzcan desordenadamente.

D) EXISTE UN TIPO DE MENSAJERO PARA CADA VARIEDAD DE COMUNICACIN CELULAR?

Vale la pena mencionar aqu que las clulas son sumamente verstiles y eficientes, de modo que una misma sustancia puede participar en varias de estas formas de comunicacin. Analicemos, por ejemplo, el caso de la adrenalina (o epinefrina). Esta sustancia es una hormona producida por la mdula de la glndula suprarrenal (comunicacin endocrina), pero tambin es un neurotransmisor que acta sobre clulas postsinpticas (neurotransmisin) y sobre la misma clula que la liber (comunicacin autocrina en un sentido general).

Otro caso interesante es el del Factor de Crecimiento y Transformacin alfa al que ya me he referido en un prrafo antenor. Decamos que este factor se encuentra anclado a la membrana de algunas clulas para realizar la comunicacin yuxtacrina; sin embargo, existen condiciones en que la clula lo libera para que acte no slo sobre la clula inmediata adyacente, sino que difunde por el medio extracelular para actuar sobre otras clulas cercanas (comunicacin paracrina). Se podra pensar que la clula ha usado una misma sustancia para realizar diferentes trabajos; de hecho as es, aunque esencialmente es uno solo: servir como vehculo de comunicacin celular.

Otro aspecto interesante es que una misma clula puede ser sujeto de varios de estos tipos de comunicacin.

E) CMO SON LOS MENSAJEROS CELULARES?

Las sustancias que participan como mensajeros celulares pueden tener una naturaleza qumica muy variada; sin embargo, se pueden agrupar en tres clases fundamentales: los lpidos (entre los que se encuentran los esteroides y las prostaglandinas) los de naturaleza polipeptdica y las aminas.

Los esteroides son lpidos con una estructura qumica semejante a la del colesterol (vase la figura 2); de hecho, se sintetizan en las diversas glndulas a partir del colesterol. Entre los esteroides ms importantes tenemos los siguientes: a) las hormonas sexuales masculinas y femeninas, b) los esteroides producidos por la corteza de las glndulas suprarrenales que regulan el metabolismo de la glucosa (cortisol y

cortisona) y el manejo de iones como el sodio y el potasio (aldosterona), y c) una vitamina que es una prohormona: la vitamina D o calciferol.

FIGURA 2. Estructura del colesterol y de dos hormonas, una hormona sexual femenina (estrona) y otra masculina (testosterona).

En la figura 2 se ilustran las estructuras qumicas del colesterol, de una hormona sexual femenina y de una hormona sexual masculina. Estas hormonas se encargan de la maduracin del organismo para que pueda efectuar sus funciones reproductivas; son en gran parte responsables de las diferencias que se observan entre machos y hembras de una misma especie, es decir, del dimorfismo sexual. Un experimento sencillo que se realiza frecuentemente en los laboratorios de enseanza media es administrar hormonas sexuales masculinas a pollitos de pocos das de nacidos. Lo que se observa es que despus de algunas semanas se produce en ellos un desarrollo precoz. No ocurre lo mismo si se administra colesterol u otra hormona, lo cual nos lleva a una consideracin importante. Si se observan las estructuras de la figura 2 se notar que existen muchsimas semejanzas; de hecho, a primera vista, las frmulas son muy parecidas, pero producen efectos muy diferentes, esto es, llevan mensajes diferentes. Pensemos en la sutil capacidad de reconocimiento de las clulas para lograr diferenciar estas substancias y que se produzcan los efectos deseados.

Otro tipo de hormonas son los polipptidos. Estos compuestos estn formados por la unin de muchos aminocidos, los cuales se unen unos con otros mediante un enlace que llamamos peptdico (de ah el nombre de polipptidos, muchos enlaces peptdicos); cuando los polipptidos son muy grandes (es decir, que rebasan un cierto peso molecular) se les llama protenas. Dentro del grupo formado por los polipptidos y las protenas existen muchos tipos diferentes de mensajeros, como la insulina, el glucagon, la hormona antidiurtica, la oxitocina, la angiotensina, los factores de liberacin de las hormonas hipofisiarias, las endorfinas, los factores de crecimiento y de transformacin, etc. Las clulas tambin tienen la capacidad de distinguir a todos estos mensajeros. Esta capacidad puede llegar a ser tan exquisita como para poder diferenciar el cambio en un solo aminocido. Hagamos una analoga para hacerlo ms claro; comprese al mensajero con una pared formada por mltiples ladrillos (los aminocidos), la cual tiene discretas diferencias en color y forma; una clula puede distinguir entre dos "paredes" en las que la disparidad est en un solo "ladrillo". Esta capacidad de distinguir entre los muchos mensajeros puede ser absoluta, como en los

casos anteriores; o relativa, es decir; en un caso dado, una clula puede "confundir" a un mensajero "A" con uno "B", principalmente cuando las cantidades del mensajero son grandes.

Otro tipo de hormonas son las aminas, compuestos que contienen nitrgeno unido a dos hidrgenos (-NH2). Dentro de los mensajeros que son aminas hay algunos aminocidos como el glutmico, el asprtico y la glicina, y productos del metabolismo de aminocidos, esto es, de su transformacin en el organismo. Entre estos ltimos estn las hormonas tiroideas, la adrenalina, la serotonina, la histamina y la dopamina, entre otros. Adems hay algunos compuestos sencillos como la acetilcolina.

La mayora de estos mensajeros fueron descubiertos entre 1890 y 1930 en extractos de glndulas. Al mejorarse las tcnicas bioqumicas pudieron ser purificados; esto ocurri entre 1920 y 1960, y su estructura qumica fue determinada entre 1930 y 1970. Por ejemplo, hace 100 aos, en 1895, Oliver y Schfer descubrieron que un extracto de glndula suprarrenal era capaz de incrementar la tensin arterial; en 1899, Abel bautizaba al principio activo, es decir, a la sustancia responsable del efecto, con el nombre de epinefrina (adrenalina), y ya en 1901 su estructura era conocida. Pero no todo esto es obra de un pasado relativamente remoto; no fue sino hasta 1931 que dos gineclogos estadounidenses, Kurzrok y Lieb, descubrieron que el semen produca la contraccin de tiras de tero. Aos ms tarde, en 1935, Euler y Goldblatt reportaron que esta actividad se observaba tambin en el lquido de la prstata (de all el nombre de prostaglandinas que recibieron estos compuestos). Su estructura fue elucidada en 1962 y contina siendo un activsimo campo de estudio.

En los ltimos 10 aos, algunos factores de crecimiento han podido ser identificados y purificados, y su estructura qumica ha sido determinada; sin embargo, muchsimos ms deben estar an por identificarse. Esta es un rea muy joven y en plena expansin. Apenas nos estamos asomando a los secretos de la comunicacin celular y, por tanto, muchos mensajeros estn por descubrirse. El lector ver ms adelante que lo que sabemos ahora es slo una minscula fraccin de lo que quisiramos saber, y que, contrariamente a lo que se pudiera pensar, no todo est hecho; hay miles de cosas por descubrir, por lo que este campo de la ciencia se vuelve ms interesante cada da.

II. RECEPTORES: LOS ODOS DE LAS CLULAS:

A) QU ES UN RECEPTOR?

EN EL CAPTULO ANTERIOR se menciona que las hormonas viajan para interactuar con sus clulas blanco. Esto implica que slo algunas y, por lo tanto, no todas las clulas del organismo son receptoras del mensaje. Por otro lado, el mensaje se concentra en estas clulas receptoras. Se han hecho experimentos en los que se administra una hormona marcada con radiactividad a un animal de experimentacin y se observa que dicha radiactividad se concentra en las clulas blanco. A qu se debe todo esto? Una de las razones ms importantes es la presencia de receptores. Pero, qu es un receptor? Bsicamente, es una estructura qumica (protena) capaz de recibir al mensajero y de transmitir el mensaje para que se produzca la respuesta de la clula. Es decir, el receptor como tal tiene dos caractersticas fundamentales: 1) reconocer al mensajero para interactuar con l y 2) activar la secuencia de eventos que conducen a la respuesta celular.

En 1906 Langley estaba estudiando los efectos de dos sustancias, la nicotina y el curare, en una preparacin experimental con clulas de msculo y nervio. Este investigador observ que dichas sustancias competan entre s, lo que lo llev a concluir que "el mutuo antagonismo del curare y la nicotina sobre el msculo slo se puede explicar satisfactoriamente si se supone que ambos se combinan con una misma sustancia receptora, la cual recibe el estmulo, y al transmitirlo causa la contraccin del msculo". Hacia 1913 Paul Ehrlich formula su postulado clsico corpora non agunt nisi fixata: las sustancias no actan a menos de que se fijen. Estos conceptos sientan las bases de mucho de lo que se sabe hoy da sobre la accin hormonal.

La idea de "receptor" permaneci como tal, es decir, como un concepto abstracto sin pruebas experimentales directas, por muchos aos, pero recientemente se ha materializado. En la actualidad ya se conoce la naturaleza qumica de muchos receptores, se han purificado varios de ellos, se han reconstituido no pocos (esto es, incorporado a sistemas artificiales donde se puede reproducir alguna de sus funciones en la clula), y un buen nmero ya ha sido sintetizado en el laboratorio con mtodos semiartificiales, lo cual ha obligado a aquellas clulas que normalmente no sintetizan a algn receptor a hacerlo. As por ejemplo, se ha podido incorporar la informacin gentica para que algunas clulas de ratn sean capaces de expresar receptores humanos para algunas hormonas. Increble!, no les parece? ya es posible purificar e incluso sintetizar a estos "odos" de la clula y, seguramente, lo mejor est an por venir.

Pero volvamos al concepto de receptor. Los receptores son protenas grandes, de peso molecular elevado. Como todas las protenas, la informacin para su sntesis se encuentra almacenada en el material gentico de cada clula (ADN). De tal suerte, que en la clula que nos dio origen ya estaba almacenada la informacin para la sntesis de los receptores para todos los mensajeros con los que se comunican nuestras clulas. Por supuesto, stas al irse diferenciando, es decir, convirtiendo en clulas del cerebro, hgado u otro rgano, van expresando los receptores que necesitan, en el momento y en las cantidades que se requieren.

Vale la pena hacer algunas breves consideraciones. Nosotros somos el resultado de un complejsimo proceso evolutivo. Podramos pensar que hace millones de aos surgi la necesidad de comunicarse entre las primeras clulas de nuestro planeta. All surgieron los primeros mensajeros y los primeros receptores. A travs de modificaciones en el material gentico (mutaciones), nuestras protenas en general y entre ellas nuestros receptores, han ido evolucionando durante millones de aos, y continuarn hacindolo. As, algunas clulas multiplicaron la informacin gentica para estos receptores y dicha informacin se modific, ahora tenemos receptores discretamente diferentes; con ello se adquiri, poco a poco, la capacidad de responder a diferentes mensajeros. Al irse diferenciando se formaron familias de receptores, y de estas familias nuevas familias y nuevas familias hasta constituir un enorme rbol familiar para los receptores. En estos momentos, y gracias al avance de la bioqumica y la biologa molecular, empezamos a conocer partes de ese rbol y las relaciones que existen entre sus componentes.

B) SELECTIVIDAD Y AFINIDAD

Volvamos a los receptores. stos, como todas la protenas, tienen estructura tridimensional, es decir, una forma determinada en el espacio. Existen receptores con muy diversas formas, se pueden imaginar como estructuras ms o menos semejantes a un baln, o bien, alargadas como una salchicha; pensemos, adems, que su superficie no es tersa sino llena de irregularidades, donde en alguna parte, est precisamente el sitio de reconocimiento al que se une el mensajero. Las superficies del mensajero y del receptor se adaptan perfectamente entre s. Podra decirse que es como el acoplamiento entre dos naves espaciales; como la interaccin entre una llave y su chapa, o bien, como un guante y una mano. Esta perfecta adaptacin de superficies es la base de la alta selectividad de los receptores para una hormona especfica. Imaginemos al receptor no como una estructura rgida, sino como una estructura con cierta flexibilidad, capaz de sufrir ciertos cambios en su forma. El sitio de reconocimiento tambin tiene cierta flexibilidad, lo cual nos lleva al concepto de afinidad.

La afinidad puede definirse como una medida de la facilidad de interaccin entre dos sustancias, en este caso entre el receptor y el mensajero. Esto es similar a lo que ocurre entre los seres humanos; dos individuos que tienen que interactuar para la realizacin de un trabajo lo harn con facilidad si existe afinidad entre ellos y lo efectuarn con extrema dificultad si no son afines.

Vase el siguiente experimento: en una preparacin se tienen 100 receptores; para ocupar la mitad deben agregarse 50 unidades de hormona A; para hacer lo mismo, pero ahora con la hormona B, tienen que agregarse 50 000 unidades de esta sustancia; si ahora se hace con la hormona C, tendrn que agregarse 50 millones de ella. Esto quiere decir que tanto A como B o C pueden interactuar con el receptor; pero este receptor prefiere 1 000 veces a A que a B y un milln de veces a A que a C. El receptor nos est mostrando su capacidad para seleccionar a un mensajero, pero si se fuerzan las condiciones se puede lograr que mensajeros con baja afinidad por un receptor interacten con l. Es como si se metiera por la fuerza una mano grande en un guante pequeo; desde luego que se puede hacer, pero cuesta ms trabajo.

Esto tiene importancia por varias razones. En algunas enfermedades las concentraciones de una hormona pueden aumentar tanto, que llegan a observarse efectos que sta ejerce interactuando con receptores para otras hormonas discretamente diferentes en su estructura. Adems, nos ilustra sobre la necesidad de

que, cuando los mdicos receten compuestos con efectos hormonales, ajusten las dosis con una gran precisin.

La mayora de las sustancias que se recetan y que actan sobre los sistemas de comunicacin celular han sido diseadas para tener una altsima selectividad por un solo receptor; muchas veces mayor que la del mensajero natural. Sin embargo, hay algunos compuestos que pueden interaccionar, y de hecho lo hacen, en concentraciones similares con varios tipos de receptores; a estos agentes los llamamos "promiscuos" y casi siempre tienen ms acciones indeseables que de utilidad. Existe una caricatura en la cual el mdico le dice al paciente: tmese esta pldora cada ocho horas; ahora bien, para contrarrestar su efecto sobre el pulmn, tome este jarabe con cada comida; si le da diarrea, tome estas pastillas, y si.... Poca selectividad, no creen?

C) AFINIDAD Y ACTIVIDAD

Permtanme contarles la no tan triste historia del honorable doctor don Farmacn Forte. Este sabio investigador dedic los primeros 20 aos de su vida profesional a estudiar la qumica de un mensajero. Una vez alcanzado su objetivo, se enfrasc los siguientes 30 aos en disear y sintetizar en su laboratorio un compuesto que se uniera con el receptor para ese mensajero, con 1 000 veces mayor afinidad que el mensajero natural; es decir, del que se requiriera administrar 1 000 veces menos molculas que del mensajero natural para obtener la misma respuesta de la clula. Realmente haba que sintetizar a este mensajero prodigioso! Una vez lograda la sntesis, y despus de penosas y explosivas experiencias (entindase, despus de algunas explosiones), decidi hacer el experimento crucial y administrar una pequea cantidad de su compuesto a unas clulas. Sorprendentemente nada pas... "Quiz fue demasiado poco, no es tan potente como yo crea" pens don Farmacn y agreg una buena dosis complementaria (digamos medio frasco, por aquello de no quedarse corto). Pero, para su gran desaliento y frustracin, nada sucedi. Las clulas seguan como si nada hubiera ocurrido. Don Farmacn se sinti desolado; colg su bata y se retir derrotado a casa. Por su mente pasaban todos los minutos de esos 50 aos invertidos en el supermensajero. A pesar de todo, comi (pues no hay que exagerar) y durmi. Durante el sueo record sus cursos de "receptorologa avanzada", y el postulado sapientsimo "lo que no estimula, inhibe" resonaba en su cabeza. Despert iluminado, todo estaba aclarado! Regres al laboratorio donde repiti el experimento y observ que, efectivamente, el compuesto que haba sintetizado no tena efecto por s mismo, pero bloqueaba la accin del mensajero natural, y a concentraciones bajsimas. Prepar una comunicacin para la "tres veces H" sociedad cientfica, "Royal and Democratic Tingindinus Society", donde haca ver, con toda veracidad cmo desde haca 50 aos estaba tratando de sintetizar un antagonista del mensajero natural y cmo, finalmente, su preclaro pensamiento y su notable esfuerzo lo haban llevado a alcanzar el tan deseado xito.

El relato anterior ilustra dos conceptos importantes de la comunicacin celular: la afinidad y la actividad. La afinidad es una medida de la facilidad de acoplamiento entre el mensajero y el receptor. La actividad es la capacidad del mensajero para producir el efecto. A un compuesto que es capaz de unirse con el receptor y producir una respuesta en la clula, o sea, un efecto, se le llama agonista. Un antagonista (o anti-agonista) es aquella sustancia que, por s misma, no produce efecto en la clula (no tiene actividad), pero que es capaz de interactuar con el receptor, ya que s tiene una buena afinidad por l. Al asociarse con el receptor ocupa el sitio que pudiera ocupar el

mensajero natural u otro agonista; esto es, inhibe o antagoniza el acoplamiento mensajero-receptor y as bloquea el efecto. A muchos de nosotros, cuando tenemos alguna reaccin alrgica, el mdico nos receta un antihistamnico. En muchas reacciones alrgicas participa el mensajero histamina y lo que nos recetan es un antagonista; es decir una sustancia que por si misma no active a los receptores para la histamina, pero que pueda interactuar con estos receptores y bloquear el efecto de la histamina que se est produciendo en nuestro organismo.

Se desconoce qu hace que, de dos sustancias capaces de unirse con un mismo receptor, una sea agonista y la otra antagonista. Sin embargo, alguna informacin se desprende del campo experimental. Una primera conclusin es que el simple acoplamiento con el receptor es insuficiente para desencadenar la respuesta de la clula; lo cual significa que el agonista "activa" al receptor, mientras que el antagonista no lo hace. Pero, qu significa "activar" al receptor? Posiblemente inducir un cambio tal en su estructura, que permita que el receptor, ya activado, interacte ahora con el siguiente elemento en la transmisin del mensaje. Mltiples estudios se han realizado para determinar qu partes de las estructuras qumicas de los diferentes mensajeros (hormonas, neurotransmisores, etc.) son importantes para determinar su afinidad y cules para definir su actividad. Esta es la principal tarea de investigacin de buena parte de la industria farmacutica y de muchos investigadores interesados en la relacin estructura-actividad. Por otro lado tambin se estn localizando, dentro de la estructura qumica de algunos receptores, los sitios especficos donde interactan tanto el mensajero natural como los agentes sintticos agonistas o antagonistas.

Recientemente se ha aclarado que muchos receptores, aun sin ser estimulados por agonistas, tienen cierta actividad basal. Es decir, existe un cierto "ruido de fondo". Algunos agentes, considerados anteriormente como simples antagonistas, tienen la capacidad no slo de evitar que el receptor se active por los agonistas, sino de disminuir la actividad basal de los receptores. A estos agentes se les ha dado el nombre de agonistas inversos o superantagonistas.

D) DNDE INTERACTAN LOS MENSAJEROS CON LOS RECEPTORES?

Las hormonas constituyen un conjunto bastante heterogneo de sustancias que pueden dividirse en muchos grupos qumicos. Afortunadamente, desde el punto de vista de su acoplamiento con los receptores la situacin es ms sencilla; a las hormonas las dividimos en dos grandes grupos: aqullas en las cuales el acoplamiento con el receptor se lleva a cabo en el interior de la clula, y aqullas en las que se efecta en el exterior de la misma. Se pudiera decir entonces que existen dos tipos bsicos de "odos celulares": los internos y los externos.

Se hablar primero de los receptores externos. Pedir al lector que imagine que se va reduciendo de tamao en forma progresiva, o que cuenta con un microscopio potentsimo que le permite ver lo minsculo como enorme. As lograr imaginar a los glbulos rojos como grandes botes de hule inflable, con sus bordes abultados y sus centros hundidos; ver cmo estas clulas enormes se golpean al circular por los vasos sanguneos y cmo sus paredes son sumamente elsticas, como si fueran globos. Ahora nos haremos mucho ms pequeos an, o cambiaremos las lentes de nuestro microscopio por otras ms potentes. Qu diferencia! Entramos como en otro mundo. El glbulo rojo es ahora tan grande como si fuese el mar; vemos dnde comienza pero no dnde termina. Su superficie, que antes nos pareca brillante y tersa, ya no es tan brillante y es mucho menos tersa. Si observamos con cuidado veremos muchas

estructuras en su superficie, es decir, en esta ahora inmensa membrana. Enormes pelotas, como montaas que deambulan a semejanza de los icebergs, se encuentran como suspendidas en la membrana de la clula. Algunas de estas montaas son los receptores que se asoman en la membrana externa o plasmtica de la clula. La membrana est constituida por la unin de dos capas delgadsimas de lpidos que contienen en su seno mltiples protenas. Imaginemos, pues, esta "piel" de la clula como ese mar con mltiples icebergs inmersos y otras estructuras flotando en su superficie: las protenas de la membrana. La membrana no es una entidad rgida; todo lo contrario, est en continuo movimiento y cambio, como el mar. Las protenas de la membrana pueden atravesarla totalmente, desde su parte externa hasta el interior de la clula (de hecho, la pueden atravesar en mltiples ocasiones, entrando y saliendo de ella), o bien permanecer orientadas hacia fuera o hacia dentro.

Los receptores externos tienen una cara hacia el exterior de la clula, una parte de su estructura embebida en la membrana plasmtica y otra porcin o cara mirando hacia el interior de la clula. La cara exterior contiene el sitio de reconocimiento para el mensajero; el resto del receptor sirve para procesar y transmitir la informacin a la clula. La presencia del receptor en la cara externa de la membrana plasmtica hace innecesario que la hormona o neurotransmisor tenga que penetrar al interior de la clula para producir el efecto, ya que como hemos visto puede hacerlo desde fuera.

Pero, cmo sabemos que esto sucede realmente as?, cules son las evidencias para afirmarlo? Hay una gran cantidad de experimentos que apoyan estas afirmaciones. Se sealarn algunos de ellos. Con el uso de tcnicas relativamente simples en el laboratorio se pueden romper las clulas y separar sus componentes: el lquido intracelular o citosol, los ncleos, las mitocondrias, e incluso la membrana plasmtica. Utilizando una hormona, marcada con radiactividad, por ejemplo, se puede determinar cuanta de sta se acopla a su receptor en las diferentes fracciones de las clulas y as darnos una idea de dnde se localiza la mayor concentracin de radiactividad y, por ende, de receptores. Por medio de estas tcnicas se ha podido determinar que la membrana plasmtica est enriquecida de receptores; esto es, hay receptores en otros tipos de membranas (ya se ver ms adelante por qu estn all), pero que en general los receptores se localizan preferentemente en la membrana plasmtica.

El experimento anterior nos habla de la localizacin de los receptores en la membrana plasmtica, pero no nos dice nada acerca de que estos receptores sean los que ejerzan la accin. Se puede hacer otro experimento para probar esto ltimo; pensemos en una sustancia que destruya las protenas (incluyendo a los receptores) que se encuentran en la superficie exterior de las membranas, pero que no penetre al interior de las clulas. Algunas proteasas (enzimas que rompen protenas) pueden ser utilizadas con este fin. Son como leadores que cortan todo lo que sobresalga de la superficie de la membrana; la dejan "rasurada".

Supngase ahora que "se rasura" una clula y luego se la pone en contacto con el mensajero. Si la clula no responde (como de hecho sucede), indica que algo que se ha quitado de su superficie provoca que no "oiga" el mensaje. Por lo tanto, el mensajero interacta con "algo" que se encuentra en el exterior de la membrana. Este "algo" son los receptores.

Otra forma ingeniosa de demostrar que la interaccin entre la hormona y el receptor ocurre en el exterior de la clula es la siguiente: unir el mensajero a una partcula de tamao tan grande, que le sea imposible penetrar a la clula; si sta, aun as,

responde al mensaje, querr decir, sin lugar a dudas, que la interaccin hormona-receptor es externa. Todos estos experimentos se han realizado con algunas hormonas e indican: a) la localizacin externa del receptor, y b) que la interaccin adecuada para que se produzca el efecto es, precisamente, la que se realiza con el receptor localizado en la cara externa de la membrana plasmtica. Ahora bien, se pueden emplear estas pruebas con los receptores internos? Cuando los receptores son intracelulares todos los trucos anteriores no dan resultado. En estos casos, el mensaje debe atravesar la membrana plasmtica para ejercer su efecto.

En los fenmenos de comunicacin celular, un parmetro de gran importancia es el tiempo. Hay efectos que son casi inmediatos, mientras que otros tardan en producirse horas o das. Entre los primeros se pueden mencionar, como ejemplos, el aumento en la frecuencia cardiaca ante un peligro o emocin intensa; la sudoracin o la sensacin de sequedad de la boca ante un examen u otra calamidad semejante; y miles menos perceptibles. Y, como acciones a largo plazo, las relacionadas con el crecimiento y el desarrollo. En general, las acciones hormonales que ocurren en forma casi inmediata (segundos o minutos) involucran a receptores externos; las acciones a largo plazo pueden involucrar tanto a receptores externos como internos, pero casi siempre estn asociadas a la sntesis de nuevas protenas. Aclarar esto ltimo ms adelante.

E) HAY UN RECEPTOR PARA CADA HORMONA?

Ya se mencion que la informacin para la sntesis de todos los receptores hormonales de nuestras clulas se encuentra almacenada en el ADN de la clula que nos dio origen: conforme stas se van diferenciando, van expresando (sintetizando) los receptores para las hormonas que regularn su funcionamiento, es decir, de las cuales van a ser blanco. Como resulta obvio, las clulas no expresan la totalidad de los receptores para los cuales tienen informacin, sino que van haciendo una expresin selectiva de aquellos receptores que necesitarn para realizar sus funciones, de acuerdo a su programa de diferenciacin.

Ahora bien, hay un receptor para cada mensajero, o varias hormonas comparten un mismo receptor? La evidencia que se tiene hasta el momento nos indica que hay gran especificidad en los receptores y que existe, por lo menos, un receptor especfico para cada mensajero. Cmo que por lo menos? S, por lo menos. Hay muchos casos en que existen varios tipos de receptores para un solo mensajero. Esto parece ser especialmente claro en el caso de los receptores para hormonas y neurotransmisores cuya estructura qumica es ms simple: acetilcolina, adrenalina, histamina, etc. Vale la pena mencionar que, para la adrenalina, cada uno de nosotros cuenta con por lo menos nueve tipos de receptores (tres subtipos de receptores de cada una de tres familias de receptores adrenrgicos); para la acetilcolina hay dos familias, una de ellas con cinco subtipos, para la histamina hay tres subtipos, y.... seguimos contando..., pues el nmero total de receptores an no ha sido definido. Ciertamente hay mucho que hacer. Esto pudiera parecer una excesiva complicacin, pero en realidad no es as, ya que brinda a las clulas una mayor capacidad para regular sus funciones, adems de que tiene una gran importancia, tanto en el funcionamiento normal del organismo, como para el tratamiento de diversas alteraciones.

F)PUEDE UNA CLULA TENER VARIOS TIPOS DE RECEPTORES PARA LA MISMA HORMONA?

A travs de los aos se ha reconocido que algunos tejidos tienen grandes cantidades de un tipo de receptor en particular; de hecho, aun se lleg a decir que un mensajero es "selectivo" o exclusivo para un rgano, con base en su alta densidad de un tipo de receptores. Conforme avanzan los aos, las tcnicas se perfeccionan y lo que no se vea anteriormente ahora se empieza a distinguir. Estudios ms especficos han demostrado que ciertamente hay varios tipos de receptores para una misma hormona en un mismo tejido y que no existe tal absoluta especificidad de tejido para una hormona.

Evidencias recientes indican que en un solo tipo de clula pueden expresarse varios de los subtipos que existen para un receptor y que estos receptores pueden llevar un mensaje diferente a la clula. Qu barbaridad! como si fueran pocos los mensajeros, ahora adems resulta que cada mensajero puede tener diferentes tipos de receptores y que cada subtipo de receptores puede llevar una informacin distinta a la clula! En realidad esto es lo ms atractivo de la regulacin hormonal; con cada descubrimiento se vislumbran nuevos mecanismos de adaptacin celular. Una de las caractersticas de este tipo de conocimientos es que permite definir formas en que, potencialmente, se puede influir en las respuestas celulares. Esto tiene implicaciones significativas para el tratamiento de algunas enfermedades.

G) VARAN EL NMERO Y EL TIPO DE RECEPTORES EN LAS CLULAS EN EL CURSO DE LA VIDA?

El nmero y el tipo de receptores, que expresa una clula, puede cambiar de acuerdo a las circunstancias. A continuacin se presentan dos ejemplos de este fenmeno.

Nmero de receptores

Las hormonas producidas por la glndula tiroides regulan la respuesta del corazn a la adrenalina. As, se sabe que en personas normales la administracin de una pequea cantidad de adrenalina puede aumentar la frecuencia cardiaca en digamos los latidos por minuto; en personas que tengan una secrecin anormalmente elevada de hormonas tiroideas (hipertiroideas), la misma dosis de adrenalina produce una respuesta cinco o seis veces mayor. Por el contrario, en personas con una produccin deficiente de ellas (hipotiroideas), se produce una muy escasa o nula respuesta. Con el uso de modelos experimentales se ha logrado aclarar, en gran parte, a qu se debe este fenmeno. El nmero de un subtipo de receptores para la adrenalina disminuye en animales hipotiroideos y aumenta en hipertiroideos. En otras palabras, el incremento en la respuesta a la adrenalina que se observa en las clulas cardiacas de pacientes hipertiroideos se debe, en gran parte, a un aumento en el nmero de un tipo de receptor para esta hormona en el corazn, y en el caso de los hipotiroideos a una disminucin en el nmero de este tipo de receptores. As, en estas alteraciones tenemos una clula muscular cardiaca que escucha demasiado (hipertiroidismo) y otra casi sorda (hipotiroidismo) para la accin de la adrenalina, respectivamente. Es interesante mencionar, adems, que el nmero de receptores para la adrenalina en el corazn vuelve a la normalidad al corregirse el problema tiroideo; lo que nos habla de la enorme plasticidad del sistema.

Tipos de receptores

Estudios recientes realizados en mi laboratorio, y en otros, han demostrado otro caso muy interesante. El tipo de receptores para una hormona en un tejido dado puede variar conforme a la edad del animal. Vayamos al ejemplo: la respuesta a la adrenalina en el hgado de la rata en la etapa fetal y en la recin nacida es mediada por un tipo de receptor: el B2-adrenrgico. Conforme la rata crece y madura, el receptor expresado cambia de tal forma que, en la rata joven, la clula heptica expresa tanto receptores B2 como receptores a1B-adrenrgicos y la accin de la hormona est mediada por ambos. En la rata adulta, la accin de la adrenalina est mediada slo por receptores a1B-adrenrgicos. Es decir, durante el desarrollo, la clula heptica va cambiando la expresin del tipo de receptor que utiliza para escuchar al mensajero adrenalina, pasando de B2 a a1B

Desafortunadamente, no se cuenta todava con un elixir rejuvenecedor. Ante este infortunado hecho, se tuvo que realizar un rejuvenecimiento parcial (?). El hgado de la rata es un rgano notabilsimo, tanto por sus casi innumerables funciones, como por algunas de sus particularidades celulares. Una de ellas es su enorme capacidad de regeneracin. Si se extirpa el 80% del hgado a una rata, tres das despus de la operacin el 20% que se dej se ha multiplicado, observndose que el nuevo hgado pesa aproximadamente entre 80 y 90% del original! Qu maravilla!, no les parece? Las clulas del hgado, que normalmente se reproducen muy poco, ante un estmulo como la extirpacin quirrgica se reproducen activamente hasta regenerar el rgano.

Bueno, como se explic anteriormente, dado que no se puede rejuvenecer a toda una rata, se le rejuvenece el hgado: se realiz la operacin a ratas adultas logrndose, como se esperaba, que el 20% del hgado original restante nos formara un nuevo rgano. Estudiamos entonces el tipo de receptor que mediaba las acciones de la adrenalina en este nuevo hgado y... qu creen ustedes?, tres das despus de la operacin el tipo de receptores era B2. Se haba logrado rejuvenecer la respuesta adrenrgica heptica! Sin embargo, siete das despus de la operacin, la respuesta a la adrenalina del hgado neoformado volva a ser mediada por receptores a1B-adrenrgicos. Es decir, las clulas "envejecieron" rapidamente; el proceso de maduracin de la respuesta heptica, que toma muchos meses en la rata, se haba reproducido en slo siete das. Ntese la gran plasticidad de las clulas y obsrvese cmo el funcionamiento del sistema no es tan sencillo como lo imaginamos en un principio: se secreta un mensajero y se produce una respuesta. Nuestras clulas cambian en su capacidad para responder a las hormonas y en el tipo de sistemas o receptores que son activados por stas. Todo ello ocurre sin que nos percatemos en lo ms mnimo.

Las clulas estn en una continua adaptacin a las condiciones cambiantes que las rodean; ya sean clulas aisladas como los microorganismos o clulas de un tejido en un ser complejo. Anteriormente hablbamos de que esta adaptabilidad es precisamente la que les permite continuar viviendo. Parte importante de ella es las modulacin de la respuesta celular a estos estmulos extracelulares que llamamos mensajeros. Se ha visto, en uno de los ejemplos anteriores, cmo algunas hormonas modulan la respuesta de las clulas a otros mensajeros. As pues, las interacciones son mltiples y muy complejas: un mensajero no slo produce una respuesta especfica, sino que, al mismo tiempo, puede regular la respuesta a otros agentes.

H) PERMANECEN ESTTICOS LOS RECEPTORES O "VEINTE MIL LEGUAS DE VIAJE CELULAR"

Los receptores tienen una movilidad extraordinaria dentro de la membrana celular; efectan movimientos en varios sentidos: horizontal y vertical. Se agrupan; pasan a otras membranas en el interior de la clula; se reciclan, es decir, regresan a la membrana plasmtica, etctera.

A continuacin se explicar algo de lo que se sabe acerca de este movimiento de los receptores y de sus "misteriosos viajes" a travs de la clula; pero antes se aclarar algo sobre la membrana.

Unas pginas atrs se mencion que la membrana plasmtica es una estructura sumamente dinrnica (con amplio movimiento) sujeta a un permanente cambio de sus elementos. Este cambio no slo implica una nueva localizacin fsica de dichos elementos sino un recambio constante, es decir, que unos componentes son sustituidos por otros nuevos. Esta gran movilidad no debe sorprendernos. Hace muchos aos se pensaba que el organismo humano tena una fase de crecimiento en la que se formaban sus partes, y que luego, en la etapa adulta, estos elementos ya formados permanecan estables por mucho tiempo hasta que empezaban a destruirse durante el envejecimiento. Esto, que parecera ser verdad e incluso evidente (pues creemos verlo), no es cierto. Fueron dos investigadores del noreste de Estados Unidos quienes al realizar experimentos con ratas adultas, supuestamente estables, observaron que todos los componentes qumicos de estos animales se sintetizan y degradan rpidamente. Y cuando se dice todos se hace referencia a todas. De tal forma se estableci que todo nuestro organismo est en un continuo recambio: sntesis y degradacin. Entonces, preguntarn ustedes, por qu en algunas etapas de la vida no se aprecian cambios? Lo que sucede en estas etapas de aparente estabilidad y calma es que existe un equilibrio entre la sntesis y la degradacin; es decir, se fabrica lo mismo que se destruye. De tal modo que, en el balance final, todo queda como si nada estuviera sucediendo. En los periodos de crecimiento, la sntesis supera a la degradacin y, por lo tanto, el balance es positivo, o sea de ganancia para la clula o el organismo. Por el contrario, en otras etapas menos favorables (desnutricin, envejecimiento, enfermedad prolongada, etc.), la degradacin supera a la sntesis, dando como resultado un balance negativo para el individuo.

Aclarado lo anterior, regresemos a la membrana. Decamos que sta tiene un gran recambio de sus componentes, los cuales se sintetizan y degradan con una velocidad muy alta. En el caso de los lpidos que la forman, este recambio parece tener una importancia capital en las seales hormonales. Pero esto se dejar para un captulo posterior, y por ahora nos centraremos en los receptores que se localizan en la membrana plasmtica de la clula. Estos receptores se encuentran nadando en ese mar de aceite, la bicapa lipdica, que es la membrana. Se sabe que algunos la atraviesan de un lado a otro. Dentro de ese mar, estos receptores tienen movimientos en sentido horizontal; es decir, pueden trasladarse de un sitio a otro de la superficie de la clula. Se ha observado que, bajo la accin de agentes o mensajeros que ocupan y activan a los receptores, stos, en algunos casos, se agrupan en un punto de la clula y posteriormente se internalizan. Analicemos este fenmeno ms detenidamente.

Bajo la accin de agonistas (que ocupan y "activan" a los receptores), pero no de antagonistas (que los ocupan pero no los activan), algunos receptores migran, se mudan de la membrana plasmtica a membranas que se localizan en el interior de la

clula. Un fenmeno muy comn es que los receptores, despus de ser activados y concluida (por lo menos en parte) su misin de inducir alguna o algunas respuestas en las clulas, se desplacen en la membrana hasta agruparse, formando zonas de alta densidad de receptores. Esto ha podido visualizarse en clulas vivas con ayuda de tcnicas fluorescentes y microscopa de luz. Tambin la microscopa electrnica nos ha permitido obtener una gran evidencia al respecto. Sin embargo, como se dijo antes, el fenmeno es comn, pero no general; hay clulas para las que no se ha podido obtener evidencia de aglutinacin de receptores. Pero, ya sea que se aglutinen o no, el siguiente paso parece ser la formacin de una invaginacin de la membrana; dicho de otro modo, la membrana se proyecta hacia el interior de la clula en una zona especfica (vase la figura 3). Al aumentar de tamao la invaginacin, la membrana plasmtica tiende a juntarse hasta fusionarse, formndose as una vescula intracelular rica en receptores. Dichos receptores ya no se encuentran en la superficie de la clula, sino que han penetrado a su interior; se han internalizado (vase la figura 3). Qu ocurre ahora con estos receptores? Algunas de estas vesculas ricas en receptores se fusionan con lisosomas (el aparato digestivo de las clulas), lo cual puede conducir a la degradacin de dichos receptores, o a que sean reciclados nuevamente a la membrana plasmtica por medio de un fenmeno inverso al de la internalizacin, y que queden listos para seguir capturando mensajeros. En el caso del receptor de la insulina se ha calculado que, en algunos tipos celulares, los receptores pueden ser internalizados y reciclados a la membrana plasmtica hasta 300 veces antes de degradarse. Los receptores que se degradan, es decir, que son destruidos por las mismas clulas mediante sus lisosomas, se sustituyen por receptores nuevos, recin fabricados. En el caso de algunas hormonas se ha observado que la vescula endocittica se encuentra llena de receptores, los cuales se internalizan con todo y la hormona a la cual permanecen unidos; despus de que la vescula se ha fusionado con el lisosoma, se produce un cambio de pH (se vuelve cido el interior de la vescula), lo cual hace que la hormona y el receptor se separen. La hormona es usualmente destruida, mientras que el receptor puede ser reciclado.

FIGURA 3. Fosforilacin de receptores, internalizacin y reciclaje.

Cul es la seal que indica a la clula que debe internalizar algn receptor? No hay an una respuesta precisa a esta pregunta. Parece que una de estas seales podra ser la fosforilacin del mismo receptor, es decir, la incorporacin de una o ms molculas de fosfato por medio de enzimas especficas llamadas cinasas, de las que platicaremos ms adelante. El caso ms elegantemente estudiado hasta el momento es el del

aceptor de la trasferina. En este sistema, se ha demostrado que si se induce la fosforilacin del receptor, ste se internaliza, y que al desfosforilarse sale nuevamente a la superficie de la membrana plasmtica (vase la figura 4). Si la fosforilacin de receptores es una seal para la internalizacin del receptor, y la desfosforilacin para su salida, entonces se podrn generalizar acciones en el futuro al saber cules agentes activan a las cinasas y cules a las fosfatasas (enzimas que ponen y quitan fosfatos, respectivamente), que actan sobre determinados receptores. Sin embargo, es altamente probable que otras seales qumicas determinen si el receptor se internaliza o no.

FIGURA 4. Internalizacin y procesamiento intracelular (degradacin o reciclaje) de receptores estimulados por agonistas.

Es interesante mencionar aqu un experimento reciente, realizado por el grupo de Paul Insel en California. Se sabe desde hace algn tiempo que, durante la isquemia (falta de circulacin y oxigenacin) del corazn, que ocurre en los infartos, aumenta la respuesta a la adrenalina por el mismo corazn; sin embargo, an se desconoca la razn por la cual se presentaba este fenmeno. Insel y sus colaboradores demostraron que al disminuir la circulacin en el corazn, los receptores para adrenalina (de tipo B1), que estn en vesculas intracelulares, pasan rpidamente a la superficie de las clulas musculares cardiacas. Este aumento en el nmero de receptores, en la membrana plasmtica de los miocitos cardiacos, posiblemente sea responsable de la hipersensibilidad a la adrenalina durante la falta de oxigenacin. Ahora bien, cules son los mecanismos por medio de los que se lleva a cabo? Desfosforilacin inducida por la falta de oxigenacin? An no se sabe. Lo que s se conoce es que dicha hipersensibilidad a la adrenalina est involucrada en algunas de las complicaciones agudas ms graves de las crisis coronarias y de los infartos del miocardio. Evidentemente, cuando se conozca cules son los mecanismos que operan para que la externalizacin de estos receptores ocurra, se podrn disear tratamientos ms racionales para los padecimientos mencionados.

I) RECEPTORES INTRACELULARES: "VIAJE AL CENTRO DE LA CLULA"

Como su nombre lo indica, estos receptores se localizan en el interior de la clula. Contrariamente a lo que pudiera pensarse, no se encuentran unidos a las membranas, sino libres, en la parte soluble del citoplasma de la clula: el citosol. Es aqu donde la

interaccin con la hormona tiene lugar. El receptor intracelular, al igual que el de membrana plasmtica, est sujeto a modificaciones qumicas por diversas enzimas. En los ltimos aos se han descrito fosforilaciones y otras modificaciones covalentes. An no se sabe con precisin para qu ocurren dichos cambios, pero es posible pensar que estas reacciones, de alguna forma, sean seales para el procesamiento de la informacin que lleva el mensajero.

Los receptores citoplasmticos tampoco permanecen estticos; al igual que los de membrana, cambian su localizacin en la clula. Actualmente se sabe que viajan al ncleo, su movilizacin es parte fundamental del mecanismo de transmisin del mensajero. Esto se ver con ms detalle ms adelante. Sin embargo, es importante hacer notar aqu que su funcin bsica es la misma: reconocer al mensajero y continuar el proceso de activacin celular.

J) TIPOS DE RECEPTORES

Como mencionamos arriba, podemos dividir a los receptores por su localizacin en la clula en dos grandes familias: los que se localizan en la membrana plasmtica y los intracelulares.

Los receptores que se encuentran en la membrana plasmtica tienen diferentes caractersticas tanto estructurales como funcionales, lo que ha permitido dividirlos en varios grupos. Mencionaremos ahora los grupos principales para ir explicando cada uno de ellos, poco a poco, en los siguientes captulos. Estos son: 1) Los receptores acoplados a protenas G, 2) los receptores con actividad enzimtica, 3) Los receptores que carecen do actividad enzimtica pero que se acoplan a enzimas itinerantes, y 4) los receptores canal.

III. RECEPTORES, PROTENAS G Y SEGUNDOS MENSAJEROS

COMO YA MENCIONAMOS, en el caso de los receptores membranales, el hecho de que la hormona pueda o no atravesar la membrana es intrascendente. El factor crucial para desencadenar el efecto es la interaccin hormona-receptor. Se debe considerar ahora que para los receptores localizados en la membrana plasmtica, dicha interaccin ocurre en el exterior de la clula y que los efectos tienen lugar en el interior. En otras palabras, la membrana es una barrera, no tanto de permeabilidad, cuanto de flujo de informacin.

Una pregunta importante es: qu sucede para que se desencadene el efecto una vez que el receptor se activa? Dado que la hormona (el mensajero) no necesita penetrar a la clula, se establece la imperiosa necesidad de que se genere alguna seal en el interior de sta para que se produzcan los efectos esperados. Ya mencionamos que los receptores son protenas que atraviesan la membrana plasmtica, de tal suerte que la interaccin hormona-receptor en el exterior ocasiona un cambio conformacional (es decir, un cambio en la forma, en el espacio) del receptor, que puede afectar la parte extracelular, la zona o zonas transmembranales (que atraviesan la membrana) y las zonas intracelulares. A estas zonas de los receptores las podemos llamar tambin "dominios". Es posible imaginarnos estos cambios si pensamos en una de nuestras manos con los dedos hacia arriba esperando la llegada de una pequea pelota de hule; al recibirla, nuestra mano se adapta a la forma de la pelota, para tomarla mejor. El cambio de forma en nuestra mano afect a todos nuestros dedos e incluso a la palma. As, al interactuar la hormona y el receptor, la forma en el espacio de ste cambia, y cambia no slo en las zonas inmediatamente cercanas a la hormona, sino en zonas ms alejadas. Estos cambios conformacionales son los que detetminan que un receptor est activo o en reposo. Pero empecemos con los diferentes tipos de receptores.

A) RECEPTORES QUE SE ACOPLAN A PROTENAS G

A estos receptores acoplados a protenas G se los llama as por la forma en que funcionan: interactan con componentes intermedios en el proceso, las protenas G, de las que platicaremos ms adelante. Por su estructura, tambin se los llama receptores de los siete dominios transmembranales. Empecemos por describir su estructura general antes de pasar a su funcionamiento.

Estos receptores (cuya estructura se ilustra en la figura 5), podemos imaginarlos como un hilo en el que hemos enhebrado muchas perlas. Cada perla representa un aminocido, los ladrillos con que se forman nuestras protenas. Esta larga hebra atraviesa la membrana plasmtica en siete ocasiones. Uno de los extremos, el extremo amino terminal de la protena, queda ubicado en el exterior de la clula; si seguimos la hebra, penetra en la membrana por el primer segmento transmembranal, llega al interior celular y se dirige hacia fuera formndose un nuevo segmento transmembranal, vuelve a entrar, y as sucesivamente hasta formar los siete dominios transmembranales y quedando el extremo final, el carboxilo terminal de la protena, en el interior. De tal forma, que se tienen: los dos extremos, siete segmentos transmembranales y las asas que los unen tanto en su parte extracelular como en la intracelular (tres en cada caso, vase la figura 5). As observamos a estos receptores vistos lateralmente. Si ahora ponemos esos dominios transmembranales como columnas que atraviesan la membrana plasmtica, podremos imaginar su aspecto

mirando al receptor desde afuera de la clula (ver figura 5), como lo vera la hormona. Si miramos con cuidado, veremos que entre las columnas se forma un espacio, una bolsita o nido, que es donde la hormona se une en muchos de los casos. Recordemos por un momento el ejemplo de la mano que recibe a la pelota.

FIGURA 5. Estructura de un receptor de la familia de los receptores acoplados a protenas G o de los siete dominios transmembranales. En la parte superior (A) se ilustra una representacin de estos receptores, en plano, saalando su topologa. En la parte inferior (B), se ilustra una representacin del receptor en tres dimensiones, visto desde la cara extracelular y sealando la zona de

interaccin con la hormona.

Este tipo de receptores es muy comn, hay receptores de este tipo para muchos de los neurotransmisores ms conocidos y para muchas hormonas. Podemos indicar, slo a manera de ejemplos, que hay receptores de este tipo para la adrenalina, la histamina, la serotonina, la adenosina, la angiotensina, la vasopresina y muchas otras.

Como mencionamos anteriormente, los receptores son ahora entidades qumicas concretas, que se pueden estudiar para entender su funcionamiento. As, por tcnicas de ingeniera gentica se han podido producir cambios en lugares especficos de la estructura de algunos de estos receptores para conocer exactamente con cules aminocidos hace contacto la hormona para activar a los receptores. Es decir, se ha podido localizar el sitio de unin para el mensajero. Es notable que no slo receptores para hormonas, neurotransmisores y autacoides tengan esta estructura. Otros receptores que nos ponen en contacto con el mundo externo tambin tienen esta estructura de siete dominios transmembranales. As, el receptor para la luz que se encuentra en los conos y bastones de nuestra retina, la rodopsina, tambin tiene este tipo de estructura, y lo mismo sucede con los receptores para diferentes olores de nuestra mucosa nasal y con los receptores para diversos sabores de nuestra mucosa gustativa. Es realmente maravilloso observar cmo la naturaleza ha conservado ciertas estructuras bioqumicas fundamentales y las usa para muy diversos fines.

Ahora bien, estos receptores para ejercer muchos de sus efectos se comunican con enzimas que generan seales en el interior celular. Estas seales son sustancias que se forman por la accin cataltica de las enzimas. Si a la hormona se le llama mensajero, a la seal intracelular se le ha llamado segundo mensajero. Al proceso que se lleva a

cabo desde el momento de la activacin del receptor hasta la formacin del segundo mensajero se le llama transduccin, porque es la transformacin de un tipo de seal en otra; es decir, de seal extracelular a seal intracelular. Estos segundos mensajeros son los encargados de iniciar una serie de eventos que conducen a la propagacin intracelular de la seal y finalmente a los efectos fisiolgicos que conocemos. Pasemos ahora a ver dos de los sistemas de transduccin mejor conocidos.

B) EL SISTEMA DE LA ADENILIL CICLASA

Durante los aos sesenta el doctor Sutherland y sus colaboradores llegaron a la conclusin de que bajo la accin de algunas hormonas, como la adrenalina o el glucagon, se formaba un compuesto en el interior de las clulas hepticas que era el responsable de los efectos producidos por las hormonas anteriormente mencionadas. Poco tiempo despus, el mismo grupo, en colaboracin con otro, identific este compuesto como el AMP cclico y no pasaron muchos aos sin que se contara con mtodos para cuantificarlo en las clulas; incluso se identific a la enzima que los sintetiza, la adenilil ciclasa, y la reaccin en la que esto se lleva a cabo. Toda una dcada, o quiz un poco ms (de 1965 a 1975 aproximadamente), estuvo ocupada por el estudio del AMP cclico; se mejoraron las tcnicas para cuantificarlo, se establecieron criterios para determinar si un efecto era mediado por este segundo mensajero o no, y se asoci la accin de muchsimas hormonas y neurotransmisores a este segundo mensajero. De hecho, se exager notablemente; si se revisa la bibliografa cientfica publicada durante esos aos, se notar que casi todos los fenmenos se atribuan a cambios en los niveles de AMP cclico. Era la moda. La ciencia, como todas las actividades humanas, est sujeta a cambios. De pronto, algo surge como importante y miles de investigadores en todo el mundo tratan de determinar la relacin que este hecho tiene con el problema que estn estudiando. Es la moda, s, pero tambin es un esfuerzo honesto por avanzar en el conocimiento. A todo avance tcnico o conceptual sigue una explosin de publicaciones cientficas. El tiempo y slo el tiempo nos da su valor real. Con el AMP cclico sucedi exactamente esto: una explosin. Pero una explosin que en aproximadamente 20 aos ha permitido tener un conocimiento bastante detallado del sistema. El esfuerzo pionero de Sutherland fue reconocido con el premio Nobel en Fisiologa y Medicina. Desafortunadamente Sutherland falleci poco tiempo despus de recibir este reconocimiento.

Decamos anteriormente que bajo la accin de algunas hormonas se incrementan los niveles de AMP cclico en las clulas, y que este compuesto contina llevando el mensaje hasta que se produce el efecto (esto se ver detalladamente ms adelante). Tiempo despus se observ que algunas otras hormonas, a travs de sus receptores, producen un efecto opuesto, es decir, disminuyen los niveles de este segundo mensajero. En otras palabras, se reconoci que muchas hormonas, neurotrasmisores o autacoides, actan como moduladores; esto es, aumentando o disminuyendo los niveles de AMP cclico en el interior de la clula. Pero, cmo es que la accin de una hormona puede producir estos efectos? Al estudiar a la enzima que genera al AMP cclico se observ que sta se localiza en las clulas de mamferos, preferentemente en la membrana plasmtica. Vamos, igual que el receptor! Se pens entonces que cada receptor tena una enzima adenilil ciclasa asociada; mltiples experimentos mostraron que la activacin simultnea de varios tipos de receptores que estimulan a la enzima no resultaba en una acumulacin aditiva del segundo mensajero. Esto sugera que los receptores capaces de activar la adenilil ciclasa comparten una poza comn de la enzima, con la cual interactan al desplazarse en la membrana plasmtica. Ahora sabemos que no se trata de una adenilil ciclasa sino de una familia de enzimas, capaces de catalizar la formacin de AMP cclico. Hemos aprendido que las adenilil

ciclasas de la mayora de los eucariontes son enzimas membranales realmente grandes formadas por dos porciones similares unidas. Cada una de estas porciones tiene seis segmentos transmembranales y una gran asa citoplsmica; es decir, la enzima tiene doce segmentos transmembranales y dos grandes asas citoplsmicas (adems de las pequeas asas que unen a los segmentos transmembranales). Es en esas grandes asas donde parece residir la actividad cataltica. Vale la pena mencionar que en algunas clulas, especialmente en microorganismos, existen adenilil ciclasas con un solo segmento transmembranal e incluso algunas citoplsmicas.

C) PROTENAS G

Pero, volvamos ahora a la regulacin de la actividad de la adenilil ciclasa membranal. Martin Rodbell, investigador de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, y su grupo agregaron un tercer elemento al sistema de la adenilil ciclasa. Usando preparaciones de membrana observaron que las hormonas no eran capaces de activar a la ciclasa a menos de que se agregara GTP (guanosina trifosfata, un nucletido de guanina) al ensayo. Este investigador sugiri entonces que no slo se requeran al receptor y a la adenilil ciclasa para que se produjera la activacin de dicha enzima, sino que participaba un tercer elemento igualmente localizado en la membrana: una protena, que acopla al receptor con la adenilil ciclasa. Estas protenas acopladoras han recibido el nombre de protenas G (tambin han sido llamadas protenas N y G/F), por requerir para su funcionamiento nucletidos de guanina. El trabajo pionero de Rodbell fue continuado por estudios detallados que han conducido a la purificacin, reconstitucin funcional, donacin y determinacin de la estructura de las diversas protenas G. Varios grupos participaron en este enorme trabajo con un claro liderazgo del grupo del doctor Alfred G. Gilman. Rodbell y Gilman compartieron el Premio Nobel en Fisiologa y Medicina en 1994.

As como hay hormonas que activan y otras que inhiben a la ciclasa, se ha demostrado que hay variedades de protenas G: unas que actan sobre la enzima en forma activadora, llamadas Gs ( "s" por stimutation = estimulacin), y otras que lo hacen en forma inhibidora, llamadas Ci ("i" por inhibicin). En la figura 6 se presenta un modelo actual del sistema de la adenilil ciclasa. Se tratar de explicar, en forma sencilla, su funcionamiento. Al acoplarse un agonista a su receptor, este ltimo sufre una modificacin conformacional, de modo que ahora ya es capaz de interactuar con su respectiva protena G; si se trata de un agente que activa a la adenilil ciclasa, su receptor se asociar con Gs; mientras que si se trata de uno que inhibe a la ciclasa, su receptor lo har con Ci. Esto necesariamente implica que existe un reconocimiento selectivo en la membrana plasmtica; unos receptores actan sobre Cs y otros con Ci. La interaccin del receptor activado con la protena G respectiva hace que sta pase a la forma activada y a su vez modifique, ya sea que active o inhiba, a la enzima adenilil ciclasa.

FIGURA 6. Representacin de la modulacin de la actividad de la adenil ciclasa por hormonas (H) que interactan con receptores de siete dominios transmembranales. Los receptores que activan a la adenil ciclasa lo hacen a travs de Gs y los que la inhiben a travs de Gi. Ntese que las protenas G

estn formadas por tres componentes o subunidades. (ATP=adenosina trifosfato.)

Resumiendo el proceso: el agonista hace que el receptor se active; ste, una vez activado, hace que la protena G tambin se active, y son precisamente estas protenas las que, en ltima instancia, regulan la actividad de la adenilil ciclasa, estimulndola o inhibindola, segn se trate de Gs o de Gi, respectivamente. Existen varias isoformas de las protenas Gs y Gi. No sabemos con precisin por qu o para qu existe esta diversidad. Sin embargo, en estudios muy elegantes, en que se ha bloqueado la expresin de alguna de las isoformas de estas protenas, ha sido posible ver que la accin de ciertas hormonas o neurotransmisores se bloquea parcial o totalmente. Esto indica que esta heterogeneidad tiene significado fisiolgico, es decir, que algunos receptores "prefieren" a ciertas protenas G respecto a otras. An no entendemos completamente, pero con ms investigacin esto se ir aclarando en los prximos aos. Ciertamente es cuestin de afinidades relativas, pero cules son las "parejas" de cada receptor?

Una caracterstica de las acciones hormonales de este tipo es que las seales se producen en segundos y desaparecen tambin en forma relativamente rpida. La separacin del agonista de su receptor hace que gran parte del proceso se revierta y cese el efecto. El mismo segundo mensajero, el AMP cclico se transforma en AMP (no cclico) por una enzima llamada fosfodiesterasa, este AMP lineal no es activo en el sistema y de este modo se suspende la seal intracelular.

Las protenas G han sido muy estudiadas en los ltimos aos. Algunas toxinas bacterianas han constituido una herramienta de gran utilidad para su estudio. Las bacterias, a travs de millones de aos de experiencia, han diseado mtodos muy refinados para atacar a las clulas animales.

El clera es una grave enfermedad causada por una bacteria: el Vibrio cholerae. Tristemente ha reaparecido en nuestro pas y en otros de nuestro continente, donde las condiciones higinicas y de distribucin de agua y alimentos son muy deficientes.

Esta bacteria se instala en el tubo digestivo y produce una terrible diarrea, dando por resultado una deshidratacin tan grave que, de no corregirse a tiempo, ocasiona la muerte. La bacteria no causa directamente dao al paciente, es decir, no lo invade, simplemente produce una toxina que se encarga de alterar el funcionamiento intestinal. Dicha toxina viaja por la luz del intestino grueso y se fija a las clulas de la mucosa; lentamente penetra la membrana plasmtica y una vez dentro hace lo siguiente: con la utilizacin de una de las sustancias de la clula, el NAD, pega una parte de esta molcula (la fraccin ADP-ribosa) a la protena Gs. Esto carecera de importancia si no fuera porque la protena queda en forma permanentemente activa, estimulando a la adenilil ciclasa de las clulas intestinales. El enorme aumento en el AMP cclico que ocasiona la toxina al modificar a Gs, altera el funcionamiento normal de las clulas de la mucosa intestinal, impidiendo que absorban los lquidos intestinales (una de las principales funciones del intestino grueso), dando como resultado la terrible diarrea.

Sin embargo, hay otros enemigos que nos son ms familiares y que tienen un modus operandi parecido. La Escherichia coli es una de las bacterias que normalmente se encuentran en nuestro intestino; algunas cepas, sin embargo, producen una toxina que acta en forma similar a la del clera y que parece ser, en parte (ya que esta bacteria tambin produce otras toxinas), responsable de los cuadros diarreicos de algunos lactantes infectados con este germen, y de la llamada "diarrea de los turistas".

En la naturaleza, estas toxinas slo afectan a las clulas de la mucosa intestinal, puesto que no pasan al torrente circulatorio; pero se las puede administrar a clulas aisladas y observar los efectos que se producen. Bajo estas condiciones, las clulas desquician su funcionamiento al acumular grandes cantidades de AMP cclico; por otro lado, los agentes, que estimulan a la ciclasa, ya ejercen muy poco o ningn efecto adicional. Estos experimentos han ayudado a establecer el papel acoplador de la protena Gs. Pero, no queda ah la ayuda que nos han prestado las toxinas; tambin nos han auxiliado a identificar a las protenas Gs en la membrana. Utilizando membranas aisladas de clulas y NAD radiactivo se ha podido demostrar cul de todas las miles de protenas que se encuentran en la membrana es Gs. Como se mencion anteriormente, la toxina rompe el NAD y une una parte de la molcula a Gs; dado que la parte unida est radiactiva, se puede buscar a la protena que contiene la radiactividad y sta es Gs.

Como puede observarse en la figura 6, las protenas Gs y Gi estn formadas por tres partes o subunidades, como las llamamos tcnicamente; stas son: las subunidades alfa, beta y gamma. Las toxinas bacterianas atacan a las subunidades alfa. Hace algunos aos se pensaba que eran estas subunidades alfa las nicas que tenan una accin para continuar la seal, ahora sabemos que tanto las subunidades alfa como los complejos que forman las subunidades beta y gamma son importantes para la accin global que se produce al activarse las protenas G.

La toxina pertussis acta en una forma similar a la toxina del clera, es una protena producida por el germen que causa la tosferina: la Bordetella pertussis. Esta toxina, al igual que la del clera, se fija a la membrana de las clulas, penetra y, utilizando el NAD del citoplasma celular, produce la ADP-ribosilacin de una protena G, slo que en este caso el blanco de la toxina es la subunidad alfa de Gi. La ADP- ribosilacin de Gi conduce al bloqueo de su accin, es decir, se bloquea toda inhibicin hormonal de la adenilil ciclasa.

Mencionaremos aqu que otra protena de transduccin, la transducina (llamada tambin Gr), participa en el proceso de la visin. Cuando la luz penetra en el ojo, a travs de la pupila, llega a la retina y ah excita a la rodopsina, una protena que est en los bastones (la opsina de los bastones). Esta protena activa a la fosfodiesrerasa del GMP cclico y as se inicia el proceso de la visin. Es muy interesante el hecho de que la rodopsina no se asocie directamente con la fosfodiesterasa, sino que lo haga a travs de la transducina. La transducina (vase la figura 7) tambin est formada por tres subunidades que se denominan alfa, beta y gamma, y es atacada tanto por la toxina del clera como por la toxina pertussis en su subunidad alfa. Ntese la semejanza funcional de los sistemas de transduccin en los diferentes tipos celulares. En el caso de la visin, el "mensajero" es la luz y el" receptor es la rodopsina, la cual se acopla con una enzima, la fosfodiesterasa, a travs de una protena G acopladora, la Gr o transducina. No puede uno dejar de asombrarse y considerar nuevamente la posibilidad de que, en un momento de la evolucin, las clulas primigenias disearan mecanismos de transduccin para las seales extracelulares y que stos se hayan ido especializando, pero sin cambiar sus aspectos esenciales, en funcin de las necesidades particulares de cada tipo celular.

Hagamos un resumen de lo dicho: el receptor, una vez activado, se va a asociar con una protena acopladora G, la cual pasa la informacin a la adenilil ciclasa. Si el receptor es activador, se unir con Gs y sta activar a la ciclasa, resultando en un aumento en la produccin de AMP cclico por la clula; si por el contrario, el receptor es de tipo inhibidor, se unir a Gi, la cual inhibe a la ciclasa, y por tanto, la produccin de AMP cclico por la clula disminuye.

FIGURA 7. Similitud entre la actividad de la adenilil ciclasa (parte superior de la figura) por una hormona y la activacin de la fosfodiesterasa del GMP

ciclco por la luz (parte inferior de la figura). Ntese que los receptores para la hormona y la luz pertenecen a la familia de los siete dominios

transmembranales, que interactan con protenas G con tres subunidades (tranductoras y que stas a su vez modulan la actividad de enzimas

(efectores). Ntese tambin que en un caso (adenilil ciclasa la enzima es integral de la membrana, y en el otro (fosfodiesterasa) es una enzima que se

asocia a la membrana.

Esta explicacin es una gran simplificacin de lo que sucede en la clula, ya que, aunque de hecho Gs y Gi interactan con la adenilil ciclasa, no significa que sea lo nico que se lleve a cabo en la realidad. Hace algunos aos se pensaba en sistemas totalmente lineales en la comunicacin celular; esto es, un receptor activa una protena G que modula a un efector membranal como la adenilil ciclasa. Hoy sabemos que esto slo es parcialmente cierto. Si pensamos en un receptor, ste puede interactuar con varios tipos de protenas G y stas a su vez modular la actividad de diversos efectores, como la misma adenilil ciclasa, fosfolipasas, canales inicos, etc. Es claro que ahora ya no debemos pensar en sealamientos lineales en la transduccin, sino en el encendido de redes de transduccin. Por lo tanto la accin de una hormona en una clula determinada depende del tipo de receptores, el tipo de protenas G y el tipo de efectores que expresa. Desde luego hay parmetros generales que se aplican a muchsimos tipos celulares, pero en realidad hay que estudiar a cada uno de ellos, y como ya hemos visto, esto puede variar segn las condiciones fisiolgicas o experimentales.

D) EL SISTEMA FOSFOINOSTIDOS-CALCIO

La membrana plasmtica en su porcin lipdica est formada bsicamente por fosfolpidos. Estos son lpidos que contienen glicerol, dos cidos grasos, fosfato y un alcohol frecuentemente aminado. Uno de estos fosfolpidos es el fosfatidilinositol (PI) el cual puede ser fosforilado a fosfatidilinositol monofosfato (PIP) y a fosfatidilinositol bifosfato (PIP2). Hace unos 30 aos, por all de la primera mitad de los aos cincuenta, Mabel y Lowell Hokin descubrieron que al estimular algunas clulas con hormonas se producan cambios muy importantes en la sntesis y degradacin de un fosfolpido: el fosfatidilinositol. Otros muchos investigadores lograron observar efectos semejantes, con una gran variedad de agentes y en mltiples modelos celulares. Sin embargo, este hallazgo permaneci slo como descripcin, ya que no se haba encontrado una explicacin para el fenmeno. Para qu haca la clula algo as? En 1975, Bob Michell, un investigador ingls, hizo una revisin de los hallazgos en el campo. Pero no se limit a hacer un mero inventario; durante su revisin encontr una asociacin estrecha entre el recambio (sntesis y degradacin) del fosfatidilinositol y las variaciones en la concentracin del calcio libre en el citoplasma de la clula (el calcio libre citoslico ya era considerado como un segundo mensajero). Entonces propuso que el mecanismo de transduccin para un gran nmero de mensajeros involucra, como paso inicial, un aumento en el recambio de fosfoinostidos, el cual, a su vez, conduce a cambios en la concentracin intracelular de calcio libre. Resultar innecesario explicar la revolucin que esto caus en el campo; se publicaron muchos trabajos a favor y en contra de esta hiptesis. Aunque todava hay lagunas importantes en el conocimiento de los pasos que se llevan a cabo en este proceso, el mecanismo que parece ser el ms viable es el que se explicar a continuacin. La figura 8 nos ayudar a entenderlo ms fcilmente.

Al acoplarse los mensajeros con receptores de la familia de los siete dominios transmembranales, estos ltimos activan a algunas protenas del grupo Gq (Gq, G11, G14, y otras, que constituyen un grupo de la familia de las protenas G). Dichas protenas a travs de sus subunidades alfa y beta-gamma, son capaces de amplificar la actividad de una enzima: la fosfolipasa C, especfica para el fosfatidilinositol bifosfato (PIP2), a la que tambin en algunos trabajos se le llama fosfoinositidasa, de stos se generan productos como el inositol 1, 4, 5 trisfosfato (IP3) y los diacilglicridos. Es interesante mencionar que existen diversas isoformas tambin de la fosfolipasa C y que para este sistema las isoformas beta son las importantes. Ms adelante, cuando se hable de los receptores fosforiladores se mencionar que ellos son capaces de activar

este sistema de transduccin por un mecanismo diferente y utilizando otras isoformas de la fosfoinositidasa.

FIGURA 8. Representacin del sistema de transduccin de los fosfoinostidos y el calcio. (PIP2 = fosfatidil inositol bifosfato; DG =diacilglicrido;PLC =

fosfolipasa C.)

Regresemos en este momento a la generacin de los segundos mensajeros, el IP3 y el diacilglicerol. El IP3 es una molcula hidroflica que es liberada por la fosfoinositidasa al citosol. Antes de mencionar qu relacin tiene el IP3 con el calcio en el citoplasma debemos mencionar lo siguiente: la concentracin de calcio libre que normalmente hay en el citoplasma de las clulas es muy baja, unas 10 000 veces menor que la concentracin que existe en el exterior de la clula. El cuidado que tiene la clula en mantener bajo su calcio citoslico opera mediante la expulsin del catin al exterior y el secuestro en vesculas intracelulares. Ambos procesos cuestan energa a las clulas en forma de ATP. Dicho lo anterior, regresemos al IP3. Al ser liberado este segundo mensajero, difunde al citosol donde encuentra receptores localizados en esas vesculas encargadas de secuestrar al calcio. Estos receptores son receptores canal y al encontrarse con el IP3 se abren, permitiendo que el calcio salga de las vesculas y difunda al citosol. Adems, a travs de mecanismos no totalmente explicados, parece que este mismo mensajero o productos de su metabolismo son capaces de inducir la apertura de protenas canal de la membrana plasmtica, que dejan entrar ms calcio al citoplasma. El resultado de estos eventos es que se incrementa tres, cuatro o ms veces la concentracin de calcio en el citoplasma celular, dando lugar a la propagacin del efecto en el citoplasma.

Muchos de los descubrimientos pioneros acerca del IP3 y de su accin han sido hechos por Mike Berridge, quien estudia principalmente la glndula salival de la mosca. Hay que pensar que esto no hubiera sido posible hacerse en Mxico, ni aun contando con el genio de Mike Berridge, pues si a dicho investigador o a alguno otro, en nuestro Mxico lindo y querido, se le hubiese ocurrido solicitar apoyo econmico para estudiar cmo escupen las moscas, le habra sido negado de inmediato. No faltaba ms!... Triste incomprensin para la ciencia bsica; afortunadamente, las cosas parecen estar cambiando. Lo que es claro, es que la glndula salival de la mosca permiti realizar avances sin precedente, aplicables a muchsimos otros modelos. Es posible que

Berridge y Michell reciban el premio Nobel en el futuro por sus contribuciones al conocimiento.

Ahora bien, con la hidrlisis del PIP2 se generan no slo el IP3 sino tambin diacilgliceroles, que habamos dejado olvidados por un momento. Estas molculas son de naturaleza lipdica y parecen permanecer en la membrana hasta ser metabolizadas. Lo interesante es que tambin participan en el proceso de propagacin intracelular de la seal, como veremos en un momento. Resumiendo, en este sistema de transduccin no se genera un mensajero sino dos: el IP3 y los diacilglicridos. El IP3 libera al calcio, que podemos tambin considerar como segundo (en realidad tercer) mensajero o factor de acoplamiento.

IV. PROPAGACIN INTRACELULAR Y AMPLIFICACIN DE LA SEAL

EN LOS CAPTULOS ANTERIORES se ha visto que el acoplamiento del mensajero con su receptor en la membrana plasmtica es el primer paso para que se lleve a cabo la accin de algunas hormonas. Tambin se ha aclarado que no basta solamente con el acoplamiento hormona-receptor, sino que es necesario que el receptor se active y que, a su vez, se asocie con un sistema transductor, el cual se encarga de generar la seal intracelular o segundo mensajero. En este captulo se explicar cmo ejercen su accin estos segundos mensajeros; es decir, cmo se propaga y amplifica la seal en el interior de la clula, y se ilustrar, con algunos ejemplos, el funcionamiento del sistema.

Los segundos mensajeros no actan directamente, sino que son reconocidos ("odos") por receptores extracelulares. As como el primer mensajero, la hormona, es "odo" por la clula a travs de sus receptores, la seal intracelular o segundo mensajero es "odo" por estos receptores intracelulares. Es decir, el primer paso es el reconocimiento molecular para despus pasar a la accin. Dicho reconocimiento es llevado a cabo por protenas, y la informacin precisa para su sntesis se encuentra codificada en nuestro material gentico. Estas protenas reconocen al segundo mensajero con una extraordinaria afinidad y especificidad y participan en la propagacin de la seal. Dicha propagacin no es tampoco un proceso lineal, sino que se lleva a cabo en forma de "cascada de amplificacin"; esto quiere decir que, en cada paso que se da, el proceso se va haciendo ms amplio, ms grande.

Ilustrar lo dicho con un ejemplo para aclarar los conceptos. Imaginemos que un oficinista est en un ayuno ms o menos prolongado; se le ha descompuesto el coche y no puede ir a su casa a comer, por lo que no ingerir alimento hasta la cena. Durante el desayuno, el individuo consumi una cierta cantidad de azcares, de los cuales, una pequea parte fue utilizada por el organismo y el resto se almacen en el hgado en forma de glucgeno (el carbohidrato de reserva de los animales const