VI.RECEPTORES CANAL Y RECEPTORES INTRACELULARES
ALGUNOS RECEPTORES funcionan de un modo muy distinto a los anteriormente descritos; tal es el caso de un tipo de receptor para la acetilcolina, llamado colin�rgico nicot�nico, el cual se encuentra ampliamente distribuido en el sistema nervioso y en la placa neuromuscular; un tipo de receptor para el GABA (�cido gamma amino but�rico), y receptores para la glicina, entre otros. Estos receptores son prote�nas integrales de membrana y est�n formados por varias subunidades. Son prote�nas que funcionan como canal permitiendo el paso de iones a trav�s de la membrana plasm�tica. Esta dualidad de funciones, receptor y canal, hace que, si los estudia un electrofisi�logo, los denomine canales activados por ligando y si los estudia un farmac�logo molecular o bioqu�mico diga que se trata de receptores canal. Ahora bien, independientemente de c�mo los llamemos o de qui�n los estudie, son de enorme importancia.
Al activarse, su acci�n es formar un canal en su estructura que permite de ese modo el paso, a trav�s de la membrana, de un ion como el sodio o el cloruro. Como es bien sabido, la c�lula gasta parte de su energ�a en mantener una distribuci�n de iones, a un lado y otro de la membrana plasm�tica, alejada del equilibrio. La membrana es, por lo tanto, una barrera selectiva para los iones y mantiene cierto potencial electroqu�mico. Los receptores canal son bastante selectivos para los iones que dejan pasar. La apertura del canal tiende a colapsar los gradientes de concentraci�n que existen para los iones que permean, lo que hace que la distribuci�n de cargas en ambos lados de la membrana plasm�tica cambie dr�sticamente, es decir, que se desencadene una despolarizaci�n o hiperpolarizaci�n de la membrana. Esto conduce a que otros canales sensibles (es decir, que "sienten" ) al voltaje cambien su probabilidad de apertura (es decir, que est�n m�s tiempo abiertos o cerrados, que en el estado basal), lo que puede traer consigo cambios importantes en la concentraci�n de algunos iones moduladores del metabolismo, como el calcio. En el caso del receptor nicot�nico, uno de los m�s estudiados y quiz� el mejor conocido hasta ahora, se sabe que el canal a trav�s del cual pasa el sodio es parte integral del receptor. Aqu�, el agonista, al activar al receptor, produce un cambio en su estructura (cambio conformacional), o sea, una alteraci�n tal en su forma que permite que se abra el canal y pase el sodio al interior de la c�lula. Esto desencadena respuestas como la contracci�n del m�sculo.
Pero, volvamos a la estructura de los receptores canal, particularmente del colin�rgico nicot�nico. �sta se ha logrado esclarecer a trav�s de la purificaci�n de la prote�na y del conocimiento y manipulaci�n que se ha hecho de las secuencias gen�micas que lo codifican. El receptor est� formado por cinco subunidades: dos alfa, a las que se une el ligando para activarlo, y tres m�s llamadas beta, gamma y delta (figura 13). Estas subunidades se encuentran agrupadas formando una roseta con una depresi�n central que corresponde al canal. Es muy interesante que cada una de estas subunidades est� formada por una cadena amino terminal extracelular, cuatro segmentos transmembranales (llamados M1, M2, M3 y M4) unidos por asas intra y extracelulares, y una cadena extracelular carboxilo terminal. Aparentemente los segmentos transmembranales M2 de las cinco subunidades se encuentran en estrecha cercan�a y son los que constituyen propiamente el canal. La especificidad para el paso de un ion y no de otros, depende aparentemente de los amino�cidos que constituyen este canal, pues cambi�ndolos por mutag�nesis dirigida se ha logrado perturbar la selectividad i�nica; en otras palabras, estas modificaciones pueden hacer que el receptor al activarse deje pasar un ion con carga negativa en lugar de uno con carga positiva.
Figura 13. Representaci�n de un receptor canal (colin�rgico nicot�nico)
con sus diferentes subunidades, la fijaci�n de la hormona (acetil colina , H)
y la apertura del canal para la entrada de sodio.
Es importante se�alar que las diferentes subunidades de los receptores canal para acetilcolina (nicot�nico) para GABA (tipo A) y glicina tienen conservada esta estructura general con cuatro zonas transmembranales, lo que sugiere que todos estos receptores efectivamente forman parte de una superfamilia. Adem�s existe una gran heterogeneidad entre sus subunidades, y por lo tanto el n�mero de receptores relativamente diferentes para cada uno de estos neurotransmisores es ampl�simo. Por otro lado, muchos de estos receptores tienen sitios accesorios, tanto intracelulares como extracelulares, para diversas sustancias que al ocupar estos sitios modulan la actividad del receptor-canal.
Algunas hormonas ejercen su acci�n sobre receptores intracelulares. Ello indica que, para estas hormonas, la membrana plasm�tica no es en realidad una barrera de permeabilidad. Dentro del grupo de hormonas que ejercen estas acciones tenemos a las hormonas tiroideas, al �cido retinoico y a los esteroides. Todos estos mensajeros tienen una gran importancia en los procesos de crecimiento y desarrollo, y en el mantenimiento de la homeostasis (equilibrio din�mico) de nuestro organismo.
Dada la facilidad con que atraviesan la membrana plasm�tica, a estas hormonas podemos asignarles dos carater�sticas fisicoqu�micas fundamentales: I) son mol�culas relativamente peque�as, es decir, de bajo peso molecular, y 2) son, por lo menos, parcialmente hidrof�bicas, esto es, lip�dicas. Estas caracter�sticas son necesarias si suponemos que las hormonas atraviesan la membrana por difusi�n, es decir, pasivamente. Se ha sugerido la existencia de sistemas activos para transportarlas al interior de la c�lula; pero la evidencia hasta el momento es escasa. En cualquier caso, los mensajeros que he mencionado cumplen con los requisitos fisicoqu�micos descritos anteriormente. Las hormonas tiroideas son derivados de un amino�cido: la tirosina, cuyo peso molecular es relativamente bajo y cuya naturaleza es relativamente hidrof�bica. En el otro grupo, los esteroides son l�pidos derivados del colesterol y por ende son tanto hidrof�bicos como de bajo peso molecular. Dentro de los esteroides hormonales tenemos a las hormonas sexuales masculinas (andr�genos) y femeninas (estr�genos y progest�genos), a los glucocorticoides (como el cortisol y la cortisona), a los mineralocorticoides (como la aldosterona), y a una vitamina-hormona, la vitamina D, de la que hablaremos m�s adelante.
Los receptores para las hormonas de este tipo son tambi�n prote�nas. Por lo tanto, la informaci�n para la s�ntesis de estos receptores se encuentra tambi�n en nuestro ADN. Dicha informaci�n se expresa en algunas c�lulas y en otras no; dicho de otra manera, hay c�lulas que tienen estos receptores y otras que no. Estos receptores tambi�n muestran gran especificidad y reconocen las diferencias esteroqu�micas que existen entre unas y otras hormonas. Esto no quiere decir que la especificidad sea absoluta. A semejanza de lo que mencion� en el cap�tulo de receptores de membrana, si aumentamos la concentraci�n de un mensajero, �ste llega a interactuar con otros receptores, adem�s del propio, lo cual es un problema importante en la pr�ctica m�dica cotidiana. Pondr� un ejemplo: en el caso frecuente de la administraci�n de cortisona por periodos prolongados, el m�dico debe controlar cuidadosamente la dosis, pues, adem�s de los efectos propios de la hormona, se pueden presentar complicaciones indeseables que son f�cilmente atribuibles a la interacci�n de la hormona con otros tipos de receptores; as� podemos observar efectos similares a la aldosterona o aun de tipo testosterona. Estos receptores intracelulares, a diferencia de los que est�n localizados en la cara externa de la membrana plasm�tica, se encuentran libres en el citosol.
Dado que estas hormonas no interact�an con receptores de la membrana plasm�tica, la alteraci�n de las prote�nas de la membrana de la c�lula ("rasurar" con proteasas, por ejemplo) no hace desaparecer el efecto. Otra caracter�stica muy importante de la acci�n de estas hormonas de acci�n intracelular es el tiempo requerido para observar su acci�n. En general, las hormonas que act�an sobre receptores de membrana tienen algunas de sus acciones casi instant�neamente, esto es, ejercen sus efectos en segundos o minutos. En contraste, las acciones de las hormonas que act�an sobre receptores intracelulares tienen una latencia, es decir, un periodo de minutos a horas, durante el cual no observamos ning�n efecto. Es necesario que aclare dos excepciones a esta generalizaci�n. Primera: muchas hormonas con receptores en membranas, como la insulina y muchos de los llamados factores de crecimiento celular adem�s de muchas otras que se acoplan a prote�nas G, tienen acciones inmediatas, pero tambi�n acciones m�s tard�as con latencia de minutos a horas. Los mecanismos de tales acciones tard�as se est�n estudiando activamente y tienen muchas semejanzas con las de los receptores intracelulares a que nos referiremos en unos momentos. Segunda: hormonas con receptores intracelulares que ejercen algunas de sus acciones en forma relativamente r�pida. Ejemplos de ello ser�an la bien conocida acci�n antial�rgica de la cortisona y algunos efectos sobre el transporte de iones de algunos esteroides. Desafortunadamente, poco se sabe a�n c�mo ocurren estas acciones r�pidas; la evidencia con que se cuenta hasta el momento indica que no involucran los mismos procesos de las acciones "lentas". Se piensa, pues, que existen acciones en el �mbito de la membrana plasm�tica; incluso se ha dicho que "estabilizan" la membrana, lo cual es simplemente una m�s de las bellas palabras con que los cient�ficos ocultamos nuestra ignorancia. Y que quiz� describa algo de la fenomenolog�a observada, pero desafortunadamente no nos habla de los mecanismos involucrados.
Los receptores intracelulares reconocen a la hormona, la fijan, y pasan a su configuraci�n activa. Se ha demostrado que muchos de los receptores de este grupo, forman, en ausencia de la hormona, un gran complejo con algunas prote�nas que facilitan el doblaje adecuado de las prote�nas y que reciben el nombre de chaperoninas; algunas de ellas forman parte de las llamadas prote�nas de "estr�s" que se inducen r�pidamente en las c�lulas cuando hay condiciones de emergencia. Una vez que llega la hormona y se fija al receptor formando un complejo hormona-receptor, las otras prote�nas se van disociando aparentemente. El complejo hormona-receptor viaja al n�cleo. El mecanismo del viaje es desconocido a�n; se ha propuesto que algunas de las chaperoninas pudieran participan en dicha migraci�n, pero la informaci�n con que contamos es escasa como para asegurarlo. Una vez en el n�cleo, el complejo hormona-receptor se fija al material gen�tico; dicha fijaci�n parece no llevarse a cabo en cualquier lugar del genoma (ADN) sino en puntos concretos en los que interact�an con secuencias espec�ficas. Estos sitios espec�ficos corresponden frecuentemente a zonas de la regi�n llamada promotora de los genes que se van a transcribir. El siguiente paso es la apertura de la doble h�lice del ADN, para permitir que sea transcrito un mensajero espec�fico; esto es, se hace una copia de ARN mensajero a partir del ADN (transcripci�n). Este ARN (�cido ribonucleico) mensajero lleva al citoplasma la informaci�n para la s�ntesis de una o varias prote�nas; una vez all�, el mensaje es traducido en los ribosomas, form�ndose las nuevas prote�nas. Pongamos un ejemplo: en el caso del oviducto de la gallina, la s�ntesis de la prote�na del huevo, la ovoalb�mina, est� controlada por las hormonas sexuales femeninas. En ausencia de hormonas, la s�ntesis de ovoalb�mina es baja. Ahora bien, si a�adimos estr�genos a las c�lulas del oviducto, la s�ntesis de ovoalb�mina aumenta much�simo. �C�mo ocurre esto? Como mencion� arriba (ilustrado en la figura 14), la hormona se fija al receptor citopl�smico, el cual, activado, viaja al n�cleo junto con la hormona. Esto induce la s�ntesis de ARN mensajero que viaja al citoplasma y conduce a la s�ntesis de m�s ovoalb�mina. Es necesario mencionar que estos mensajeros no s�lo incrementan la s�ntesis de algunas prote�nas como hemos dicho; en algunos casos se produce un bloqueo de la transcripci�n de ciertos genes. Es decir, la acci�n sobre la transcripci�n puede ser de modulaci�n positiva o negativa y una misma hormona puede tener efecto positivo sobre la transcripci�n de unos genes y negativo sobre otros.
FIGURA 14. Mecanismo de acci�n de las hormonas con receptores citopl�smicos.
Resultar� claro que la acci�n de estas hormonas no ocurre de inmediato; los procesos de transcripci�n (s�ntesis de ARN mensajero) y traducci�n (s�ntesis de prote�nas) tardan varios minutos en las c�lulas de mam�fero. Adem�s, los efectos se observan por la acumulaci�n de las prote�nas cuya s�ntesis se induce, o por la disminuci�n de la cantidad de aqu�llas cuya s�ntesis se bloquea. Por otro lado, es importante mencionar que hay algunos agentes capaces de bloquear la transcripci�n o la s�ntesis de prote�nas; estos agentes, por lo tanto, tambi�n bloquean todas las acciones de las hormonas que impliquen la bios�ntesis de prote�nas.
Quisiera acabar el cap�tulo hablando un poco de la interesante historia de la vitamina D. Las vitaminas son componentes esenciales de la dieta, de las cuales s�lo necesitamos peque�as cantidades. Para la sana existencia, son esenciales algunos compuestos que somos incapaces de sintetizar. Dentro de estos componentes esenciales est�n: algunos amino�cidos y l�pidos y las vitaminas. Me referir� s�lo a estas �ltimas. Aunque muchas de estas sustancias no son aminas, se ha conservado el nombre por tradici�n. En general, requerimos una peque��sima cantidad de ellas, porque funcionan como parte de los sistemas enzim�ticos (como coenzimas), as� que son reutilizados en m�ltiples ocasiones.
La vitamina D no es una amina, se trata de un derivado del colesterol. La requerimos porque no podemos propiamente sintetizarla; pero, en principio, no es necesario ingerirla. �C�mo est� eso? Parece una contradicci�n, pero no lo es. Basta la exposici�n a los rayos solares para que una fracci�n del colesterol de la piel se convierta en vitamina D. Se puede administrar por v�a oral, pero es mucho m�s agradable y barato darse simplemente una prudente asoleada.
La carencia de vitamina D en los ni�os da lugar al raquitismo. Esta enfermedad era relativamente rara en nuestro pa�s dada su localizaci�n geogr�fica. Sin embargo, los cambios en nuestra forma de vida van haciendo que frecuentemente se vean m�s casos. Cada d�a son m�s las madres trabajadoras y las "muy ocupadas" que no cuentan con 15 minutos para sacar a sus hijos a que les d� un poco la luz del Sol. Los padres tampoco parecen muy dispuestos a colaborar en ello. Otro factor, posiblemente importante en las ciudades, es la contaminaci�n, que filtra la iluminaci�n que recibimos. El raquitismo da lugar a serias alteraciones en el crecimiento de los huesos.
La vitamina D es transformada tanto en el h�gado como en el ri��n para convertirla propiamente en la hormona: el dihidrocolecalciferol. Esto coloca, pues, a la vitamina D en el papel de prohormona (precursor de la hormona). Muchas de las aportaciones m�s significativas sobre esta vitamina han sido realizadas por el doctor H�ctor F. de Luca. El esclarecimiento de la s�ntesis del dihidrocolecalciferol ha sido de gran importancia, no s�lo desde el punto de vista cient�fico ya que tiene claros matices aplicativos. Pondr� un ejemplo: se hab�a observado en Inglaterra que en algunos grupos de pacientes de origen oriental exist�an ni�os que desarrollaban raquitismo a pesar de recibir el Sol e ingerir suficientes cantidades de vitamina D. El tratamiento que recomendaban los m�dicos era aumentar fuertemente las dosis, se observaba alguna mejor�a pero dicha terap�utica era en general insatisfactoria. Lo que parece ocurrir es que estos pacientes tienen bloqueada o disminuida la bios�ntesis de la hormona. Con el advenimiento de los nuevos conocimientos es posible determinar cu�l es el problema en cada paciente y, lo que es m�s importante, ofrecerle una esperanza con un tratamiento m�s racional.
Dec�a, entonces, que la prohormona (vitamina D) se transforma en hormona (dihidrocolecalciferol) y se almacena para ser secretada cuando se requiera. Pudiera decirse que dentro de las principales acciones de la hormona tenemos: 1) aumentar la absorci�n de calcio, y 2) favorecer su fijaci�n en el hueso. Suena l�gico, por lo tanto, que sea el calcio en sangre uno de los reguladores de la secreci�n de esta hormona; esto es, cuando la concentraci�n de calcio en sangre baja, se incrementa la secreci�n de dihidrocolecalciferol. Una vez liberada, la hormona viaja al intestino y all� activa a sus receptores intracelulares espec�ficos; viaja al n�cleo y favorece la transcripci�n de ARN mensajero. Este mensajero es traducido, y da lugar a la s�ntesis de una prote�na encargada de la captaci�n del calcio. Es en esta forma como la vitamina D favorece la absorci�n intestinal de calcio.
