Katecholaminy to nic innego jak neuroprzekaźnikikoncepcja, którą omówimy później; są one również znane jako hormony aminoweEtymologiczną definicję katecholamin można wyjaśnić następująco: są to substancje należące do grupy obejmującej adrenalinę, noradrenalinę i dopaminę. Substancje te są syntetyzowane z aminokwasu znanego jako tyrozynaSkłada się ona zatem z grupy katecholowej i grupy aminowej.
W tym sensie katecholaminy (CA) lub aminohormony można zdefiniować jako wszystkie substancje, które w swojej strukturze zawierają grupa katechetów i łańcuch boczny z grupa aminowaMogą one pełnić w naszym organizmie funkcję zarówno hormonów krążących we krwi, jak i neuroprzekaźniki synaptyczneDlatego też pełnią kluczową rolę w układzie nerwowym i hormonalnym.
Ale czym właściwie jest neuroprzekaźnik?
Tę definicję można uznać za klucz do zrozumienia wszystkiego, co ma związek z katecholaminami. W tym sensie neuroprzekaźnik można określić jako rodzaj neuromediator chemiczny lub wiadomość, która pozwala jednemu neuronowi komunikować się z inną komórką. W terminologii naukowej jest to biocząsteczka, która umożliwia neurotransmisja poprzez uwolnienie z zakończenia presynaptycznego i działanie na specyficzne receptory w komórce postsynaptycznej.
Neuroprzekaźniki, takie jak katecholaminy, są magazynowane w pęcherzyki synaptyczneSą one uwalniane w odpowiedzi na potencjał czynnościowy i wiążą się z receptorami na błonie neuronu lub komórki efektorowej. Następnie są ponownie wchłaniane lub degradowane, aby dokończyć swoje działanie. Ta szybka dynamika wyjaśnia, dlaczego ich efekty mogą być intensywne, ale krótkotrwałe. krótki czas trwania.
Co to jest neurotransmisja?
To nic więcej niż przekazywanie informacji z jednego neuronu (komórki układu nerwowego) do innego neuronu, komórki mięśniowej lub gruczołu. Wszystko to odbywa się poprzez synapsaktóra jest przestrzenią lub funkcjonalną strefą kontaktu, która je rozdziela. Gdy impuls elektryczny dociera do zakończenia nerwowego, katecholaminy są uwalniane do przestrzeni synaptycznej, co powoduje aktywację lub hamowanie komórki receptorowej.
Katecholaminy pełnią funkcję hormonalne ponieważ występują w nadnercza (głównie w rdzeniu nadnerczy) i są uwalniane do krwiobiegu. Są również syntetyzowane w zakończenia nerwowe Specyficzne, dlatego są również uważane za neuroprzekaźniki. Ta dwoista natura pomaga zrozumieć, że ich działanie może być bardzo zlokalizowane (synaps) lub ogólnoustrojowe (krążenie krwi).
Pierwszą kluczową cząsteczką w całej tej ścieżce jest tyrozynaktóry jest wykorzystywany jako źródło w neuronach katecholaminergicznych (neuronach produkujących katecholaminy). Neurony te pochodzą głównie z komórki chromochłonne rdzenia nadnerczy i włókien pozazwojowych układu współczulnego.
Istnieją trzy główne katecholaminy: adrenalina, noradrenalina i dopaminaNoradrenalina i dopamina działają jako neuroprzekaźniki w ośrodkowym układzie nerwowym oraz jako hormony po dostaniu się do krwiobiegu. Adrenalina jest uważana przede wszystkim za hormon rdzenia nadnerczy, wywierając silne i szeroko rozpowszechnione działanie na wiele narządów.
Katecholaminy zazwyczaj wywołują zmiany fizjologiczne, które przygotowują osobę i jej ciało do walka, ucieczka lub intensywna aktywność fizycznaZmiany te obejmują przyspieszone tętno, wzrost ciśnienia krwi, uwalnianie glukozy i redystrybucję przepływu krwi do mięśni.
Podstawowa struktura chemiczna i rodzaje katecholamin
Struktura katecholamin składa się z pierścień benzenowy z dwiema grupami hydroksylowymi (co nazywa się katechola), jeden łańcuch pośredni oraz grupa aminowa terminalnaWspólna konfiguracja chemiczna wyjaśnia, dlaczego mają one wiele wspólnych właściwości, mimo że każdy z nich pełni w organizmie różne funkcje.
- Adrenalina (epinefryna):produkowany głównie w rdzeniu nadnerczy, działa przede wszystkim jako hormon i jest niezbędny do reakcja walcz lub uciekajzwiększenie częstości akcji serca, ciśnienia krwi i uwalniania energii.
- Noradrenalina (noradrenalina)Jest produkowany zarówno w rdzeniu nadnerczy, jak i w neuronach układu współczulnego. Działa jako neuroprzekaźnik i hormon, regulując zwężenie naczyńciśnienie krwi i czujność.
- Dopamina:syntetyzowany w różnych obszarach mózgu, jest kluczowy w motywacja, przyjemność, kontrola ruchu i naukaPonadto reguluje pracę nerek i przepływ krwi w niektórych tkankach.
Wszystkie są syntetyzowane z tyrozynaJednak miejsce wytwarzania i rozmieszczenie receptorów sprawia, że ich funkcje są bardzo specyficzne w każdym narządzie lub układzie.
Związek z niektórymi chorobami
Badania od dawna pokazują, że dysfunkcje w szlakach katecholaminergicznych Są one powiązane z chorobą afektywną dwubiegunową i schizofrenią. Związek ten ujawnił się między innymi dzięki działaniu leków modyfikujących wychwyt zwrotny lub degradację tych substancji, takich jak inhibitory monoaminooksydazy (IMAO) i trójpierścieniowe leki przeciwdepresyjne.
W funkcjach motorycznych dopamina jest bezpośrednio powiązany z chorobą ParkinsonW tej patologii dochodzi do degeneracji neuronów dopaminergicznych czarna substancjaZaburza to komunikację z jądrami podstawy i poważnie upośledza kontrolę ruchu.
Ponadto nieprawidłowe poziomy dopaminy i noradrenaliny są powiązane z zaburzenia nastroju takie jak poważna depresja, choroba afektywna dwubiegunowa i niektóre zaburzenia lękowe. Niedobór dopaminy może być związany z apatią, anhedonią i trudnościami z motywacją, podczas gdy nadmierna aktywność dopaminergiczna jest powiązana z objawy psychotyczne.
W obszarze endokrynologicznym nadmierna produkcja katecholamin może być spowodowana guzami, takimi jak: guz chromochłonny (guz rdzenia nadnerczy) lub przyzwojakipowodujące powtarzające się ataki silnego nadciśnienia, kołatania serca, bólów głowy i intensywnego pocenia się.
Tak powstają katecholaminy: biosynteza krok po kroku
La biosynteza katecholamin Jest to ściśle regulowany proces, który zaczyna się od aminokwasu tyrozyny i przebiega przez szereg ściśle określonych etapów enzymatycznych:
- Tyrozyna → L-DOPA:katalizowane przez enzym hydroksylaza tyrozynowa (TH)która dodaje grupę hydroksylową do pozycji meta tyrozyny, tworząc 3,4-dihydroksy-L-fenyloalaninę (L-DOPA). To jest etap ograniczania prędkości trasy.
- L-DOPA → Dopamina: reakcja katalizowana przez Dekarboksylaza DOPAktóry usuwa grupę karboksylową z L-DOPA. Wymaga fosforan pirydoksalu jako współfaktor.
- Dopamina → Noradrenalina:katalizowane przez β-hydroksylaza dopaminyktóra dodaje grupę hydroksylową za pomocą askorbinianu i tlenu. Ta reakcja zachodzi w większości wewnątrz pęcherzyki synaptyczne.
- Noradrenalina → Adrenalina:katalizowane przez enzym N-metylotransferaza fenyloetanoloaminy (PNMT), który przenosi grupę metylową z S-adenozylometioniny, co skutkuje powstaniem adrenaliny.
Hydroksylaza tyrozynowa występuje we wszystkich komórkach syntetyzujących katecholaminy i jest oksydaza o działaniu kombinowanym który wykorzystuje tlen cząsteczkowy i biopterynę jako kofaktor. W normalnych warunkach stężenie tyrozyny jest wystarczające, aby utrzymać nasycenie hydroksylazy tyrozynowej, więc regulacja zależy bardziej od kofaktory i sam enzym niż aminokwasu prekursorowego.
Ciekawą cechą jest to, że hydroksylaza tyrozynowa może również hydroksylan fenyloalaninyGenerując tyrozynę. Mechanizm ten może mieć znaczenie w takich schorzeniach jak fenyloketonuria, w której występuje niedobór enzymu hydroksylazy fenyloalaninowej.
Regulacja biosyntezy katecholamin
Biosynteza katecholamin jest procesem ściśle regulowanym zarówno w perspektywie krótkoterminowej, jak i długoterminowej:
- Długoterminowa regulacja:zwykle wiąże się ze zmianami w ilość enzymów regulacyjnychszczególnie w ekspresji hydroksylazy tyrozynowej i β-hydroksylazy dopaminowej. Czynniki hormonalne i stresowe mogą zwiększać lub zmniejszać syntezę tych enzymów.
- Krótkoterminowa regulacjaPowstaje on poprzez mechanizmy takie jak: fosforylacja hydroksylazy tyrozynowej. Każda podjednostka tego enzymu zawiera reszty serynowe (pozycje 8, 19, 31 i 40), które mogą ulegać fosforylacji. Fosforylacja reszt 19 i 40 znacząco zwiększa aktywność enzymu.
Reszta seryny 40 jest fosforylowana głównie przez kinaza białkowa Apodczas gdy inne reszty mogą być modyfikowane przez kinazę CAM II i inne kinazy. depolaryzacja zakończenia nerwowego Aktywność tyrozynowej hydroksylazy wzrasta wskutek napływu jonów wapnia, które aktywują te kinazy, dostosowując w ten sposób syntezę katecholamin do zapotrzebowania czynnościowego.
Ponadto enzym katalizujący etap ograniczający szybkość (hydroksylaza tyrozynowa) to hamowane przez DOPA i dopaminę poprzez mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego, ponieważ konkurują z biopteryną o miejsca wiązania. W związku z tym, gdy produkty szlaku się kumulują, tempo syntezy spada.
przechowywanie w pęcherzykach synaptycznych
Po syntezie katecholamin są one magazynowane w organizmie pęcherzyki synaptyczne znane jako pęcherzyki ziarniste lub o gęstym rdzeniu. Wewnątrz tych pęcherzyków znajdują się substancje zwane chromograniny, wapń i ATP w wysokim stężeniu (około 1000 mM).
Katecholaminy tworzą kompleksy z chromograninami, co przyczynia się do ich stabilność i pakowaniePęcherzyki te zawierają również β-hydroksylaza dopaminyZatem synteza noradrenaliny odbywa się, przynajmniej częściowo, w samym pęcherzyku.
System, za pomocą którego katecholaminy dostają się do pęcherzyków, to antyporter protonuNiezbędny gradient protonów jest generowany przez proton-ATPaza który pompuje protony do wnętrza, utrzymując pH na poziomie około 5,5. Ten system zbierania ma szeroki zakres specyficzność substratuDzięki temu możliwe jest, aby inne aminy (w tym niektóre leki) konkurowały z endogennymi katecholaminami o transport.
Proces uwalniania katecholamin
Uwalnianie katecholamin z pęcherzyków synaptycznych lub komórek chromochłonnych rdzenia nadnerczy jest procesem zależnym wapń i egzocytozaW odpowiedzi na odpowiedni bodziec otwierają się kanały wapniowe, zwiększając wewnątrzkomórkowe stężenie tego jonu i wywołując połączenie pęcherzyków z błoną plazmatyczną.
W uwalnianiu katecholamin bierze udział kilka kluczowych procesów. Po pierwsze, następuje aktywacja receptory adrenergiczne (dla noradrenaliny i adrenaliny) zlokalizowane w różnych tkankach. Te dwa neuroprzekaźniki mają bardzo zróżnicowane działanie, co tłumaczy się obecnością wielu podtypów receptorów sprzężonych z różne szlaki transdukcji w każdym typie komórek.
Na przykład w mięśniach gładkich mogą powodować skurcz jeśli receptory α są aktywowane i relaks Jeżeli działają na receptory β2, w naczyniach krwionośnych wywołują wazokonstrykcję lub rozkurcz naczyń, w zależności od dominującego podtypu receptora i konkretnego łożyska naczyniowego.
Jednakże w oskrzelach aktywacja receptorów β2 powoduje głównie rozszerzenie oskrzeliW przewodzie pokarmowym mogą powodować zarówno skurcz, jak i rozkurcz mięśni gładkich, regulując pasaż jelitowy. W przypadku serca, aktywacja receptorów β1... zwiększa tętno i siła skurczu, zwiększając w ten sposób wydajność serca.
Receptory adrenergiczne i dopaminergiczne
Receptory adrenergiczne i dopaminergiczne są typu metabotropowy (sprzężone z białkami G) i tłumaczą sygnał chemiczny katecholamin na specyficzne odpowiedzi wewnątrzkomórkowe.
- Receptory adrenergiczne (α i β)Adrenalina i noradrenalina są agonistami obu grup receptorów. Receptor α może być α1 lub α2; receptor α1 z kolei można podzielić na podtypy A, B i D, które różnią się pod względem antagoniści, lokalizacja i mechanizm efektorowyReceptory β (β1, β2 i β3) mają wspólną zdolność do stymulowania cyklaza adenylanowa i zwiększają cAMP, chociaż wykazują także odmienne profile funkcjonalne.
- Receptory dopaminergiczneDzielą się na dwie duże rodziny: podobne do D1 (D1 i D5), które stymulować cyklazę adenylanowąi podobne do D2 (D2, D3 i D4), które zwykle hamować ten enzym i aktywują kanały potasowe lub hamują kanały wapniowe. Niektóre leki przeciwpsychotyczne, takie jak sulpiryd i klozapina, działają poprzez antagonistyczne działanie na określone podtypy tych receptorów.
Efekty aktywacji tych receptorów mogą być następujące: krótkoterminowy (przez fosforylację białek) lub długoterminowypoprzez zmiany w ekspresji genów za pośrednictwem czynników transkrypcyjnych i genów odpowiedzi natychmiastowej.
Degradacja, wychwyt zwrotny i okres półtrwania katecholamin
Katecholaminy posiadają bardzo krótki okres półtrwania (rzędu minut), kiedy krążą we krwi. Głównym mechanizmem kończącym ich działanie jest odzyskanie przez neuron, który je uwolnił i otaczające je komórki glejowe.
- Przenośniki odzyskująceIstnieją różne typy, takie jak NET (transporter noradrenaliny, który również odbiera adrenalinę), DAT (transporter dopaminy) i VMAT-2 (transporter pęcherzykowy monoamin, odpowiedzialny za ładowanie pęcherzyków). Pierwsze dwa zależą od gradient sodu skierowane do wnętrza komórki.
- Degradacja enzymatycznaPo wchłonięciu lub dostaniu się do krwiobiegu katecholaminy są katabolizowane przez dwa główne enzymy: monoaminooksydaza (MAO) i katecholo-O-metylotransferaza (COMT).
MAO znajduje się w błona zewnętrzna mitochondriów i przeprowadza oksydacyjną deaminację monoamin, generując aldehydy, które następnie są przekształcane w kwasy przez inne enzymy. Istnieją dwie izoformy: MAO-A (który preferencyjnie metabolizuje noradrenalinę i serotoninę) i MAO-B (o szerszym spektrum działania). MAO występuje w dużych ilościach w jelitach i wątrobie, gdzie katabolizuje aminy pokarmowe i zapobiega ich masowemu przedostawaniu się do krwiobiegu.
COMT występuje w wielu tkankach, w tym w erytrocytach, i przenosi grupę metylową z S-adenozylometioniny do pierścienia katecholowego. Połączona aktywność MAO i COMT generuje nieaktywne metabolity które ostatecznie są wydalane z moczem, takie jak kwas wanilinomigdałowy (VMA), kwas homowaniliowy lub 3-metoksy-4-hydroksyfenyloglikol.
Znaczenie w codziennym funkcjonowaniu organizmu człowieka
Te neuroprzekaźniki mają ogromne znaczenie dla funkcjonowania naszego organizmu, ponieważ pełnią wiele funkcji i uczestniczą w różnych mechanizmach. nerwowy jako dokrewny, koordynując szybkie i adaptacyjne reakcje.
Jednym z takich wpływów jest ten, który wywierają na centralny układ nerwowy, w którym kontrolują procesy takie jak ruch, poznawanie, emocje, uczenie się i pamięćDopamina bierze udział w obwodach nagrody i motywacji, noradrenalina odpowiada za czujność i koncentrację uwagi, a adrenalina przygotowuje organizm do radzenia sobie ze stresem.
W obszarze obwodowym katecholaminy regulują tętnoThe ciśnienie krwiThe oddechowy i metabolizm energetycznymobilizacja glukozy i kwasów tłuszczowych z zapasów w celu szybkiego dostarczenia energii w sytuacjach zapotrzebowania.
Jeśli chodzi o stres, podstawową rolę odgrywają katecholaminy. reakcje fizjologiczne Receptory te są aktywowane, gdy człowiek doświadcza stresu fizycznego lub emocjonalnego. Uwolnienie adrenaliny i noradrenaliny z rdzenia nadnerczy i zakończeń nerwów współczulnych przygotowuje organizm do reakcji na rzeczywiste lub domniemane zagrożenia.
Badania wykazały, że na poziomie komórkowym substancje te modulują aktywność neuronalna poprzez otwieranie lub zamykanie kanałów jonowych w zależności od zaangażowanych receptorów, a tym samym dostosowywanie częstotliwości i wzorca pobudzenia neuronów w różnych obszarach mózgu. Niektóre z tych efektów na poziomie komórkowym, które wyjaśniają zależną od receptorów modulację jonową, zostały opisane już w 1990 roku.
Jak określa się obecność katecholamin?
Poziom katecholamin można określić za pomocą badanie i analiza krwi i moczuWe krwi około 50% katecholamin jest związane z białkami osocza, podczas gdy pozostała część krąży swobodnie i to ją zwykle mierzy się w celu oceny aktualnej aktywności.
W praktyce klinicznej, gdy podejrzewa się nieprawidłowości takie jak guz chromochłonny lub paraganglioma, wykonuje się specjalistyczne badania katecholaminy osoczowe i metabolity moczowe (na przykład metanefryny i normetanefryny w moczu zbieranym w ciągu 24 godzin), które stanowią bardzo użyteczne markery nadprodukcji.
W przypadku zaburzeń lub zmniejszeń neurotransmisji katecholamin, niektóre zaburzenia neurologiczne i neuropsychiatryczneJedną z nich jest depresja, która wiąże się z niskim poziomem tych substancji w określonych obszarach mózgu, w przeciwieństwie do lęku, w którym zwykle przeważa nadmierna aktywacja układu adrenergicznego.
Z drugiej strony dopamina wydaje się odgrywać istotną rolę w takich chorobach jak: Parkinson (z powodu niedoboru dopaminy) i schizofrenia (z powodu względnego nadmiaru aktywności dopaminergicznej w niektórych szlakach). Te powiązania kierują stosowaniem leków, które zwiększają lub blokują działanie katecholamin, w zależności od obrazu klinicznego.
Na koniec ważne jest zrozumienie, że poziom katecholamin może być pod wpływem stylu życia i dietyIstnieją produkty spożywcze o wysokiej zawartości fenyloalaniny i tyrozyny, takie jak czerwone mięso, jaja, ryby, produkty mleczne, ciecierzyca, soczewica i orzechy, które dostarczają niezbędnych prekursorów do syntezy katecholamin.
Aspartam, najpowszechniej stosowany środek słodzący w przemyśle spożywczym, który według szacunków odpowiada za ponad 60% światowego rynku tego rodzaju dodatków stosowanych w napojach bezalkoholowych i produktach dietetycznych, zawiera również fenyloalaninaTyrozynę z kolei można znaleźć w znacznych ilościach w takich produktach spożywczych jak: ser.
Jak czujemy się, gdy wzrasta poziom katecholamin?
Adrenalina i noradrenalina działają jako hormony sympatykomimetyczneOznacza to, że stymulują i wzmacniają skutki nadpobudliwości układu współczulnego, który odpowiada za przygotowanie organizmu do działania.
W ten sposób, gdy substancje te przedostaną się do krwiobiegu, wzrost ciśnienia krwiZwiększona kurczliwość mięśni, podwyższony poziom glukozy oraz przyspieszone tętno i oddech. Wszystko to wyjaśnia, dlaczego katecholaminy są niezbędne do przygotowania organizmu. reakcje na stres, walka lub ucieczka.
Na poziomie subiektywnym zmiany hormonalne i neuronalne związane z katecholaminami powodują: uczucie czujności, energii, nerwowości lub euforiiW zależności od intensywności i kontekstu umiarkowany wzrost katecholamin może pomóc nam lepiej radzić sobie z wyzwaniem; jednak powtarzające się i intensywne wzrosty są powiązane z warunkami lęk i przewlekły stres.
Uwalnianie katecholamin w sytuacjach niebezpiecznych
Aby nastąpiło masowe uwolnienie katecholamin, konieczne jest wcześniejsze uwolnienie [czegoś]. acetylocholina z sympatycznych neuronów przedzwojowych. Acetylocholina unerwia rdzeń nadnerczy i aktywuje serię zdarzeń komórkowych, które kończą się egzocytozą adrenaliny i noradrenaliny.
Kiedy wzrasta poziom adrenaliny, powoduje to wzrost tego, co nazywamy siła skurczu serca i zwiększa tętno. W rezultacie do tkanek dociera więcej tlenu. Podobnie, częstość oddechów i następuje rozszerzenie oskrzeli, ułatwiające przedostanie się powietrza do płuc.
Na poziomie poznawczym kontrolowana aktywacja katecholamin powoduje reagujemy szybciej na bodźceŻe Uczmy się i zapamiętujmy lepiej Niektóre istotne szczegóły sytuacji (zwłaszcza jeśli była ona intensywna lub zagrażająca). Jednakże utrzymujące się wysokie poziomy tych substancji wiązały się z problemami lęk, bezsenność i trudności z koncentracją.
Z drugiej strony, niski poziom dopaminy wydaje się mieć wpływ na początek deficyty uwagiTrudności w uczeniu się, apatia i depresja. Doprowadziło to do opracowania leków zwiększających przekaźnictwo dopaminergiczne w takich zaburzeniach jak: zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD) lub sam Parkinson.
Katecholaminy razem tworzą niezwykle złożony system przekazu chemicznego, który łączy mózg z resztą ciała, w ciągu kilku sekund dostosowuje nasze parametry życiowe do wymagań środowiska i moduluje tak złożone procesy, jak emocje, pamięć, odporność czy ruch. Dlatego zrozumienie ich funkcji pomaga lepiej zrozumieć zarówno normalną fizjologię, jak i liczne zaburzenia fizyczne i psychiczne.