Katecholaminai yra ne kas kita, kaip neuromediatoriaišią koncepciją aptarsime vėliau; jos taip pat žinomos kaip amino hormonaiKatecholamino etimologinį apibrėžimą galima paaiškinti taip: tai medžiagų grupė, kuriai priklauso adrenalinas, noradrenalinas ir dopaminas. Šios medžiagos yra sintetinamos iš aminorūgšties, žinomos kaip tirozinoTaip jis sudarytas iš katecholio grupės ir amino grupės.
Šia prasme katecholaminai (CA) arba aminohormonai gali būti apibrėžti kaip visos medžiagos, kurių sudėtyje yra katechetų grupė ir šoninė grandinė su amino grupėJie gali veikti mūsų organizme tiek kaip kraujyje cirkuliuojantys hormonai, tiek kaip sinapsiniai neurotransmiteriaiTodėl jie atlieka svarbų vaidmenį nervų ir endokrininėje sistemose.
Bet kas iš tikrųjų yra neuromediatorius?
Šis apibrėžimas gali būti laikomas raktu suprasti viską, kas susiję su katecholaminu. Šia prasme neuromediatorių galima apibrėžti kaip tam tikrą cheminis neuromediatorius arba žinutė, leidžianti vienam neuronui susisiekti su kita ląstele. Moksliškai kalbant, tai yra biomolekulė, kuri leidžia neurotransmisija išsiskiriant iš presinapsinio terminalo ir veikiant specifiniams receptoriams posinapsinėje ląstelėje.
Neurotransmiteriai, tokie kaip katecholaminai, yra saugomi sinapsinės pūslelėsJie išsiskiria reaguojant į veikimo potencialą ir jungiasi prie neurono arba efektorinės ląstelės membranos receptorių. Vėliau jie yra reabsorbuojami arba suskaidomi, kad užbaigtų savo veikimą. Ši greita dinamika paaiškina, kodėl jų poveikis gali būti intensyvus, bet trumpalaikis. trumpa trukmė.
Kas yra neurotransmisija?
Tai yra ne kas kita, kaip informacijos perdavimas iš vieno neurono (nervų sistemos ląstelės) į kitą neuroną, raumenų ląstelę ar liauką. Visa tai pasiekiama per sinapsėkuri yra juos skirianti erdvė arba funkcinė kontaktinė zona. Kai elektrinis impulsas pasiekia nervo terminalą, katecholaminai išsiskiria į sinapsinę erdvę, todėl receptorinė ląstelė suaktyvinama arba slopinama.
Katecholaminai atlieka funkciją hormoninius nes jie atsiranda antinksčių liaukos (daugiausia antinksčių šerdyje) ir išsiskiria į kraują. Jie taip pat sintetinami Nervų galūnės specifiniai, todėl jie taip pat laikomi neurotransmiteriais. Šis dvejopas pobūdis padeda suprasti, kad jų poveikis gali būti labai lokalizuotas (sinapsės) arba sisteminis (kraujotaka).
Pirmoji pagrindinė molekulė visame šiame kelyje yra tirozinokuris naudojamas kaip šaltinis katecholaminerginiuose neuronuose (katecholaminus gaminančiuose neuronuose). Šie neuronai pirmiausia atsiranda chromafino ląstelės antinksčių šerdyje ir simpatinės nervų sistemos postganglioninėse skaidulose.
Yra trys pagrindiniai katecholaminai: adrenalino, noradrenalino ir dopaminoNorepinefrinas ir dopaminas veikia kaip neurotransmiteriai centrinėje nervų sistemoje ir kaip hormonai, kai patenka į kraują. Epinefrinas laikomas pirmiausia antinksčių šerdies hormonas, turintis stiprų ir plačiai paplitusį poveikį daugeliui organų.
Katecholaminai paprastai sukelia fiziologinius pokyčius, kurie paruošia individą ir jo kūną kova, bėgimas ar intensyvus fizinis aktyvumasŠie pokyčiai apima padažnėjusį širdies ritmą, padidėjusį kraujospūdį, gliukozės išsiskyrimą ir kraujotakos persiskirstymą į raumenis.
Katecholaminų pagrindinė cheminė struktūra ir tipai
Katecholaminų struktūrą sudaro benzeno žiedas su dviem hidroksilo grupėmis (kurios vadinamos katecholą), a tarpinė grandinė ir galinė amino grupėŠi bendra cheminė konfigūracija paaiškina, kodėl jie turi daug bendrų savybių, nors kiekvienas iš jų organizme atlieka skirtingas funkcijas.
- Adrenalinas (epinefrinas): daugiausia gaminamas antinksčių šerdyje, veikia pirmiausia kaip hormonas ir yra būtinas kovok arba bėk atsakaspadidėjęs širdies susitraukimų dažnis, kraujospūdis ir energijos išsiskyrimas.
- Noradrenalinas (norepinefrinas)Jis gaminamas ir antinksčių šerdyje, ir simpatinės nervų sistemos neuronuose. Jis veikia kaip neurotransmiteris ir hormonas, reguliuojantis vazokonstrikcijakraujospūdis ir budrumas.
- Dopaminassintetinamas įvairiuose smegenų regionuose, jis yra pagrindinis motyvacija, malonumas, judesių kontrolė ir mokymasisBe to, jis moduliuoja inkstų funkciją ir kraujotaką tam tikruose audiniuose.
Jie visi yra sintetinami iš tirozinoTačiau gamybos vieta ir jų receptorių pasiskirstymas kiekviename organe ar sistemoje lemia labai specifines jų funkcijas.
Ryšys su tam tikromis ligomis
Tyrimai jau seniai parodė, kad katecholaminerginių takų sutrikimai Jie yra susiję su bipoliniu sutrikimu ir šizofrenija. Šis ryšys, be kita ko, išryškėjo dėl vaistų, kurie keičia šių medžiagų pakartotinį įsisavinimą ar skaidymą, poveikio, pavyzdžiui: monoamino oksidazės inhibitoriai (MAOI) ir tricikliniai antidepresantai.
Motorinėse funkcijose dopamino yra tiesiogiai susijęs su liga ParkinsonoŠioje patologijoje yra dopaminerginių neuronų degeneracija. juoda medžiagaTai sutrikdo bendravimą su baziniais ganglijais ir labai pablogina judesių kontrolę.
Be to, nenormalus dopamino ir norepinefrino kiekis yra susijęs su nuotaikos sutrikimai pavyzdžiui, didžioji depresija, bipolinis sutrikimas ir kai kurie nerimo sutrikimai. Dopamino trūkumas gali būti susijęs su apatija, anhedonija ir motyvacijos sunkumais, o per didelis dopaminerginis aktyvumas yra susijęs su psichoziniai simptomai.
Endokrininės sistemos srityje perteklinė katecholaminų gamyba gali būti dėl tokių navikų kaip feochromocitoma (antinksčių šerdies navikas) arba paragangliomoskurios sukelia pasikartojančias sunkios hipertenzijos, širdies plakimo, galvos skausmo ir intensyvaus prakaitavimo krizes.
Štai kaip susidaro katecholaminai: biosintezė žingsnis po žingsnio
La katecholaminų biosintezė Tai griežtai reguliuojamas procesas, prasidedantis nuo aminorūgšties tirozino ir tęsiantis per aiškiai apibrėžtus fermentinius etapus:
- Tirozinas → L-DOPAkatalizuoja fermentas tirozino hidroksilazė (TH)kuris prie tirozino meta padėties prideda hidroksilo grupę ir sudaro 3,4-dihidroksi-L-fenilalaniną (L-DOPA). Tai yra greičio ribojimo etapas maršruto.
- L-DOPA → Dopaminas: reakcija, kurią katalizuoja DOPA dekarboksilazėkuris pašalina karboksilo grupę iš L-DOPA. Reikalingas piridoksalo fosfatas kaip kofaktorius.
- Dopaminas → Norepinefrinaskatalizuoja dopamino β-hidroksilazėkuris prijungia hidroksilo grupę, naudodamas askorbatą ir deguonį. Ši reakcija dažniausiai vyksta viduje sinapsinės pūslelės.
- Noradrenalinas → Adrenalinaskatalizuoja fermentas feniletanolamino N-metiltransferazė (PNMT), kuris perkelia metilo grupę iš S-adenozilmetionino, susidarant adrenalinui.
Tirozino hidroksilazė randama visose ląstelėse, kurios sintetina katecholaminus, ir yra kombinuoto veikimo oksidazė kuris naudoja molekulinį deguonį ir biopteriną kaip kofaktorių. Normaliomis sąlygomis tirozino koncentracijos pakanka, kad tirozino hidroksilazė būtų prisotinta, todėl reguliavimas labiau priklauso nuo kofaktoriai ir pats fermentas nei pirmtakės aminorūgšties.
Įdomu tai, kad tirozino hidroksilazė taip pat gali fenilalanino hidroksilatasgamindamas tiroziną. Šis mechanizmas gali būti svarbus esant tokiems sutrikimams kaip fenilketonurija, kai trūksta fermento fenilalanino hidroksilazės.
Katecholaminų biosintezės reguliavimas
Katecholaminų biosintezė yra tiksliai reguliuojamas procesas tiek ilguoju, tiek trumpuoju laikotarpiu:
- Ilgalaikis reguliavimas: paprastai apima pokyčius reguliavimo fermentų kiekisypač tirozino hidroksilazės ir dopamino β-hidroksilazės ekspresijoje. Hormoniniai ir streso veiksniai gali padidinti arba sumažinti šių fermentų sintezę.
- Trumpalaikis reguliavimasJis gaminamas tokiais mechanizmais kaip fosforilinimas tirozino hidroksilazės. Kiekviename šio fermento subvienete yra serino liekanų (8, 19, 31 ir 40 pozicijos), kurias galima fosforilinti. 19 ir 40 liekanų fosforilinimas žymiai padidina fermento aktyvumą.
Serino liekana 40 yra fosforilinama daugiausia proteino kinazė Ao kitus likučius gali modifikuoti CAM kinazė II ir kitos kinazės. nervo terminalo depoliarizacija Dėl kalcio antplūdžio, kuris aktyvuoja šias kinazes, padidėja tirozino hidroksilazės aktyvumas, taip pritaikydamas katecholaminų sintezę prie funkcinio poreikio.
Be to, fermentas, kuris katalizuoja greitį ribojantį etapą (tirozino hidroksilazė), yra slopina DOPA ir dopaminas per neigiamo grįžtamojo ryšio mechanizmą, nes jie konkuruoja su biopterinu dėl prisijungimo vietų. Taigi, kai kaupiasi šio kelio produktai, sintezės greitis sumažėja.
kaupimas sinapsinėse pūslelėse
Kai katecholaminai susintetinami, jie kaupiami viduje. sinapsinės pūslelės žinomos kaip granuliuotos arba tankios šerdies pūslelės. Šių pūslelių viduje yra medžiagų, vadinamų chromograninai, kalcio ir ATP didelėmis koncentracijomis (apie 1000 mM).
Katecholaminai sudaro kompleksus su chromograninais, o tai prisideda prie jų stabilumas ir pakuotėŠiose pūslelėse taip pat yra dopamino β-hidroksilazėTodėl noradrenalino sintezė bent iš dalies vyksta pačioje pūslelėje.
Sistema, kuria katecholaminai patenka į pūsleles, yra protonų antiporterisReikalingas protonų gradientas sukuriamas a protonų-ATPazė kuris pumpuoja protonus į vidų, palaikydamas maždaug 5,5 pH. Ši surinkimo sistema turi platų substrato specifiškumasTai leidžia kitiems aminams (įskaitant kai kuriuos vaistus) konkuruoti su endogeniniais katecholaminais dėl transportavimo.
Katecholaminų išskyrimo procesas
Katecholaminų išsiskyrimas iš sinapsinių pūslelių arba antinksčių šerdies chromafino ląstelių yra priklausomas procesas. kalcis ir egzocitozėReaguodami į tinkamą stimulą, atsidaro kalcio kanalai, padidindami šio jono koncentraciją ląstelėse ir sukeldami pūslelių susiliejimą su plazmine membrana.
Katecholaminų išsiskyrime dalyvauja keli pagrindiniai procesai. Pirma, aktyvuojama adrenerginiai receptoriai (norepinefrino ir epinefrino), esančių skirtinguose audiniuose. Šie du neurotransmiteriai turi labai skirtingą poveikį, kurį paaiškina kelių receptorių potipių, susietų su skirtingi transdukcijos keliai kiekviename ląstelių tipe.
Pavyzdžiui, lygiuosiuose raumenyse jie gali sukelti susitraukimas jei α receptoriai yra aktyvuoti, ir poilsis Jei jie veikia β2 receptorius, kraujagyslėse jie sukelia vazokonstrikciją arba vazodilataciją, priklausomai nuo vyraujančio receptoriaus potipio ir specifinio kraujagyslių sluoksnio.
Tačiau bronchuose β2 receptorių aktyvacija daugiausia sukelia bronchų išsiplėtimasVirškinamajame trakte jie gali sukelti lygiųjų raumenų susitraukimą ir atpalaidavimą, moduliuodami tranzitą. Kalbant apie širdį, β1 receptorių aktyvacija... padidina širdies ritmą ir susitraukimo jėgą, taip padidindamas širdies išstūmis.
Adrenerginiai ir dopaminerginiai receptoriai
Adrenerginiai ir dopaminerginiai receptoriai yra tokio tipo metabotropinis (sujungtos su G baltymais) ir paverčia katecholaminų cheminį signalą specifiniais viduląsteliniais atsakais.
- Adrenerginiai receptoriai (α ir β)Adrenalinas ir noradrenalinas yra abiejų receptorių grupių agonistai. α receptorius gali būti α1 arba α2; α1 receptorius, savo ruožtu, gali būti suskirstytas į A, B ir D potipius, kurie skiriasi savo antagonistai, vieta ir efektoriaus mechanizmasβ receptoriai (β1, β2 ir β3) turi bendrą gebėjimą stimuliuoti adenilato ciklazė ir padidina cAMP, nors jie taip pat pasižymi skirtingais funkciniais profiliais.
- Dopaminerginiai receptoriaiJie suskirstyti į dvi dideles šeimas: D1 tipo (D1 ir D5), kurios stimuliuoja adenilato ciklazęir D2 tipo (D2, D3 ir D4), kurie paprastai slopina šį fermentą ir aktyvuoti kalio kanalus arba slopinti kalcio kanalus. Kai kurie antipsichoziniai vaistai, pavyzdžiui, sulpiridas ir klozapinas, veikia antagonizuodami tam tikrus šių receptorių potipius.
Šių receptorių aktyvavimo poveikis gali būti toks trumpalaikis (baltymų fosforilinimo būdu) arba ilgalaikis, per genų raiškos pokyčius per transkripcijos faktorius ir greitojo atsako genus.
Katecholaminų skaidymas, pakartotinis įsisavinimas ir pusinės eliminacijos laikas
Katecholaminai pasižymi labai trumpas pusinės eliminacijos laikas (apie kelias minutes), kai jie cirkuliuoja kraujyje. Pagrindinis jų veikimo nutraukimo mechanizmas yra susigrąžinti juos išlaisvinusio neurono ir aplinkinių glijos ląstelių.
- Atgavimo konvejeriaiYra įvairių tipų, pavyzdžiui, NET (norepinefrino transporteris, kuris taip pat pasisavina adrenaliną), DAT (dopamino transporteris) ir VMAT-2 (vezikulinis monoamino transporteris, atsakingas už pūslelių įkrovimą). Pirmieji du priklauso nuo natrio gradientas nukreiptas į ląstelės vidų.
- Fermentinis skaidymasPatekę į kraujotaką arba reabsorbavę, katecholaminus katabolizuoja du pagrindiniai fermentai: monoamino oksidazė (MAO) ir katechol-O-metiltransferazė (COMT).
MAO yra įsikūręs mitochondrijų išorinė membrana ir atlieka oksidacinį monoaminų deamininimą, susidarant aldehidams, kurie vėliau, veikiant kitiems fermentams, paverčiami rūgštimis. Yra dvi izoformos: MAO-A (kuris pirmiausia metabolizuoja noradrenaliną ir serotoniną) ir MAO-B (platesnio spektro). MAO labai gausu žarnyne ir kepenyse, kur jis katabolizuoja maistinius aminus ir neleidžia jiems masiškai patekti į kraują.
KOMT randamas daugelyje audinių, įskaitant eritrocitus, ir perneša metilo grupę iš S-adenozilmetionino į katecholio žiedą. Bendras MAO ir KOMT aktyvumas sukuria neaktyvūs metabolitai kurie galiausiai pašalinami su šlapimu, pvz. vanililmandelinė rūgštis (VMA), homovanilino rūgštis arba 3-metoksi-4-hidroksifenilglikolis.
Svarba kasdieniame žmogaus kūno funkcionavime
Šie neurotransmiteriai yra labai svarbūs mūsų kūno funkcijoms, nes jie atlieka daug vaidmenų. Jie dalyvauja įvairiuose mechanizmuose. neuroninis kaip endokrininė, koordinuojant greitus ir prisitaikančius atsakus.
Vienas iš šių poveikių yra tas, kurį jie daro centrinė nervų sistema, kuriuose jie kontroliuoja tokius procesus kaip judėjimas, pažinimas, emocijos, mokymasis ir atmintisDopaminas dalyvauja atlygio ir motyvacijos grandinėse, noradrenalinas – budrumo ir dėmesio sutelkimo procesuose, o adrenalinas – organizmo paruošime stresui.
Periferinėje srityje katecholaminai reguliuoja širdies ritmas, kraujospūdis, kvėpavimas ir energijos apykaitamobilizuojant gliukozę ir riebalų rūgštis iš atsargų, kad prireikus būtų galima greitai gauti energijos.
Kalbant apie stresą, katecholaminai atlieka esminį vaidmenį fiziologinės reakcijos Šie receptoriai aktyvuojami, kai žmogus patiria fizinį ar emocinį stresą. Adrenalino ir noradrenalino išsiskyrimas iš antinksčių šerdies ir simpatinių nervų galūnių paruošia organizmą reaguoti į realias ar suvokiamas grėsmes.
Tyrimai parodė, kad ląstelių lygmeniu šios medžiagos moduliuoja neuronų aktyvumas atidarant arba uždarant jonų kanalus, priklausomai nuo dalyvaujančių receptorių, ir tokiu būdu reguliuojant neuronų greitį ir sužadinimo modelį įvairiuose smegenų regionuose. Kai kurie iš šių poveikių ląstelių lygmenyje, paaiškinančių nuo receptorių priklausomą jonų moduliaciją, buvo aprašyti dar 1990 m.
Kaip nustatomas katecholaminų buvimas?
Katecholaminų kiekį galima nustatyti pagal kraujo ir šlapimo tyrimas ir analizėKraujyje maždaug 50 % katecholaminų yra susijungę su plazmos baltymais, o kita dalis laisvai cirkuliuoja ir yra ta, kuri paprastai matuojama norint įvertinti pastaruoju metu buvusį aktyvumą.
Klinikinėje praktikoje, įtarus tokias anomalijas kaip feochromocitoma ar paraganglioma, atliekami specialūs tyrimai. plazmos katecholaminai ir šlapimo metabolitai (pavyzdžiui, metanefrinai ir normetanfrinai 24 valandų šlapime), kurie yra labai naudingi perprodukcijos žymenys.
Kai katecholaminų neurotransmisija sutrikdoma arba sumažėja, tam tikri neurologiniai ir neuropsichiatriniai sutrikimaiViena iš jų yra depresija, kuri siejama su mažu šių medžiagų kiekiu tam tikrose smegenų srityse, kitaip nei nerimo atveju, kai paprastai vyrauja adrenerginių sistemų hiperaktyvacija.
Kita vertus, atrodo, kad dopaminas atlieka esminį vaidmenį tokiose ligose kaip Parkinsono (dėl dopaminerginio trūkumo) ir šizofrenija (dėl santykinai didelio dopaminerginio aktyvumo tam tikruose keliuose). Šie ryšiai lemia vaistų, kurie sustiprina arba blokuoja katecholaminų veikimą, vartojimą, atsižvelgiant į klinikinį vaizdą.
Galiausiai, svarbu suprasti, kad katecholaminų kiekis gali įtakos turi gyvenimo būdas ir mitybaYra maisto produktų, kuriuose yra daug fenilalanino ir tirozino, pavyzdžiui, raudona mėsa, kiaušiniai, žuvis, pieno produktai, avinžirniai, lęšiai ir riešutai, kurie suteikia katecholaminų sintezei reikalingų pirmtakų.
Aspartamas, plačiausiai maisto pramonėje naudojamas saldiklis, kuris, kaip manoma, sudaro daugiau nei 60 % pasaulinės šių gaiviųjų gėrimų ir dietinių produktų priedų rinkos, taip pat turi fenilalaninasSavo ruožtu tirozino galima rasti dideliais kiekiais tokiuose maisto produktuose kaip sūrio.
Kaip jaučiamės padidėjus katecholaminų kiekiui?
Adrenalinas ir noradrenalinas veikia kaip simpatomimetiniai hormonaiTai reiškia, kad jie imituoja ir sustiprina hiperaktyvumo poveikį simpatinėje nervų sistemoje, kuri yra atsakinga už kūno paruošimą veiksmui.
Taigi, kai šios medžiagos patenka į kraują, padidėjęs kraujospūdisPadidėjęs raumenų susitraukimas, padidėjęs gliukozės kiekis kraujyje, padažnėjęs širdies ritmas ir kvėpavimas. Visa tai paaiškina, kodėl katecholaminai yra būtini organizmo paruošimui. streso reakcijos, kova arba bėgimas.
Subjektyviu lygmeniu su katecholaminais susiję hormoniniai ir neuroniniai pokyčiai lemia budrumo, energijos, nervingumo ar euforijos jausmaiPriklausomai nuo intensyvumo ir konteksto, nedidelis katecholaminų antplūdis gali padėti mums geriau susidoroti su iššūkiu; tačiau pasikartojantys ir intensyvūs antplūdžiai yra susiję su tam tikromis sąlygomis. nerimas ir lėtinis stresas.
Katecholaminų išsiskyrimas pavojingose situacijose
Kad įvyktų masinis katecholaminų išsiskyrimas, reikalingas išankstinis [kažko] išsiskyrimas. acetilcholinas iš simpatinių preganglioninių neuronų. Šis acetilcholinas inervuoja antinksčių šerdį ir aktyvuoja seriją ląstelinių įvykių, kurie kulminuoja adrenalino ir noradrenalino egzocitoze.
Kai adrenalino kiekis pakyla, jis sukelia padidėjusį vadinamąjį širdies susitraukimo jėga ir padažnina širdies ritmą. Dėl to audiniai geriau aprūpinami deguonimi. Panašiai ir kvėpavimo dažnis ir atsiranda bronchų išsiplėtimas, palengvinantis oro patekimą į plaučius.
Kognityviniu lygmeniu kontroliuojamas katecholaminų aktyvavimas sukelia mes greičiau reaguojame į dirgikliusKad Mokykimės ir geriau įsiminkime Kai kurios svarbios situacijos detalės (ypač jei ji buvo intensyvi ar grėsminga). Tačiau ilgalaikis didelis šių medžiagų kiekis buvo susijęs su sveikatos problemomis. nerimas, nemiga ir sunkumai susikaupti.
Ir atvirkščiai, žemas dopamino kiekis, atrodo, turi įtakos atsiradimui dėmesio deficitasMokymosi sunkumai, apatija ir depresija. Dėl to buvo sukurti vaistai, kurie padidina dopaminerginę perdavimą esant tokiems sutrikimams kaip dėmesio deficito hiperaktyvumo sutrikimas (ADHD) arba pats Parkinsonas.
Kartu katecholaminai sudaro nepaprastai sudėtingą cheminių signalų perdavimo sistemą, kuri jungia smegenis su likusiu kūnu, per kelias sekundes pritaiko mūsų gyvybinius požymius prie aplinkos reikalavimų ir moduliuoja tokius sudėtingus procesus kaip emocijos, atmintis, imunitetas ar judėjimas. Todėl jų funkcijos supratimas padeda geriau suprasti tiek normalią fiziologiją, tiek daugybę fizinių ir psichinių sutrikimų.