Kateholamini nisu ništa više od neurotransmiterikoncept kojim ćemo se kasnije pozabaviti; poznati su i kao amino hormoniEtimološka definicija kateholamina može se objasniti na sljedeći način: to je grupa supstanci koje uključuju adrenalin, noradrenalin i dopamin. Ove supstance se sintetiziraju iz aminokiseline poznate kao tirozinOvako je sastavljen od katehol grupe i amino grupe.
U tom smislu, kateholamini (KA) ili aminohormoni mogu se definirati kao sve one tvari koje u svojoj strukturi sadrže grupa vjeroučitelja i bočni lanac sa amino grupaOni mogu funkcionirati u našem tijelu i kao hormoni koji cirkuliraju u krvi i sinaptički neurotransmiteriStoga igraju ključnu ulogu u nervnom i endokrinom sistemu.
Ali šta je zapravo neurotransmiter?
Ova se definicija može smatrati ključem za razumijevanje svega što ima veze s kateholaminom. U tom smislu, neurotransmiter se može definirati kao neka vrsta hemijski neuromedijator ili poruka koja omogućava jednom neuronu da komunicira s drugom ćelijom. U naučnom smislu, to je biomolekula koja omogućava neurotransmisija oslobađanjem iz presinaptičkog terminala i djelovanjem na specifične receptore u postsinaptičkoj ćeliji.
Neurotransmiteri poput kateholamina se skladište u sinaptičke vezikuleOslobađaju se kao odgovor na akcioni potencijal i vežu se za receptore na membrani neurona ili efektorske ćelije. Nakon toga, reapsorbiraju se ili razgrađuju kako bi dovršili svoje djelovanje. Ova brza dinamika objašnjava zašto njihovi efekti mogu biti intenzivni, ali kratkotrajni. kratko trajanje.
Šta je neurotransmisija?
To nije ništa više od prijenos informacija od jednog neurona (ćelije nervnog sistema) do drugog neurona, mišićne ćelije ili žlijezde. Sve se to postiže putem sinapsašto je prostor ili funkcionalna kontaktna zona koja ih razdvaja. Kada električni impuls stigne do nervnog terminala, kateholamini se oslobađaju u sinaptički prostor, što rezultira aktivacijom ili inhibicijom receptorske ćelije.
Kateholamini obavljaju funkciju hormonalni jer se javljaju u nadbubrežne žlezde (prvenstveno u srži nadbubrežne žlijezde) i oslobađaju se u krvotok. Također se sintetiziraju u Nervni završeci specifični, pa se smatraju i neurotransmiterima. Ova dvojna priroda pomaže u razumijevanju da njihovi efekti mogu biti vrlo lokalizovani (sinapse) ili sistemski (cirkulacija krvi).
Prva ključna molekula u cijelom ovom putu je tirozinkoji se koristi kao izvor u kateholaminergičkim neuronima (neuronima koji proizvode kateholamine). Ovi neuroni prvenstveno potiču iz hromafinih ćelija srži nadbubrežne žlijezde i u postganglijskim vlaknima simpatičkog nervnog sistema.
Postoje tri glavna kateholamina: adrenalin, noradrenalin i dopaminNorepinefrin i dopamin djeluju kao neurotransmiteri u centralnom nervnom sistemu i kao hormoni kada uđu u krvotok. Adrenalin se prvenstveno smatra hormon nadbubrežne srži, sa snažnim i široko rasprostranjenim efektima na više organa.
Kateholamini uglavnom izazivaju fiziološke promjene koje pripremaju pojedinca i njegovo tijelo za borba, bijeg ili intenzivna fizička aktivnostOve promjene uključuju ubrzan rad srca, povišen krvni pritisak, oslobađanje glukoze i preraspodjelu protoka krvi u mišiće.
Osnovna hemijska struktura i vrste kateholamina
Struktura kateholamina sastoji se od benzenski prsten sa dvije hidroksilne grupe (što se naziva katehol), a međulanac i a terminalna amino grupaOva zajednička hemijska konfiguracija objašnjava zašto dijele mnoga svojstva, iako svako od njih obavlja različite funkcije u organizmu.
- Adrenalin (epinefrin)Proizvodi se uglavnom u srži nadbubrežne žlijezde, djeluje prvenstveno kao hormon i neophodan je za odgovor na borbu ili bijegpovećanje otkucaja srca, krvnog pritiska i oslobađanja energije.
- Noradrenalin (norepinefrin)Proizvodi se i u srži nadbubrežne žlijezde i u neuronima simpatičkog nervnog sistema. Funkcioniše kao neurotransmiter i hormon, regulišući vazokonstrikcijakrvni pritisak i budnost.
- Dopaminsintetizira se u različitim regijama mozga, ključan je u motivacija, zadovoljstvo, kontrola pokreta i učenjeOsim toga, modulira funkciju bubrega i protok krvi u određenim tkivima.
Svi su sintetizirani iz tirozinMeđutim, mjesto proizvodnje i distribucija njihovih receptora čine njihove funkcije vrlo specifičnim u svakom organu ili sistemu.
Odnos sa određenim bolestima
Studije su odavno pokazale da disfunkcije u kateholaminergičkim putevima Povezani su s bipolarnim poremećajem i shizofrenijom. Ova veza postala je očigledna, između ostalog, zbog djelovanja lijekova koji modificiraju ponovni unos ili razgradnju ovih supstanci, kao što su inhibitori monoaminooksidaze (MAOI) i triciklički antidepresivi.
U motoričkim funkcijama, dopamin direktno je umiješan u bolest ParkinsonKod ove patologije dolazi do degeneracije dopaminergičnih neurona crna supstancaOvo remeti komunikaciju s bazalnim ganglijima i ozbiljno narušava kontrolu pokreta.
Osim toga, abnormalni nivoi dopamina i norepinefrina su povezani sa poremećaji raspoloženja kao što su velika depresija, bipolarni poremećaj i neki anksiozni poremećaji. Nedostatak dopamina može biti povezan s apatijom, anhedonijom i poteškoćama s motivacijom, dok je pretjerana dopaminergička aktivnost povezana s psihotični simptomi.
U endokrinom polju, prekomjerna proizvodnja kateholamina može biti posljedica tumora kao što su feohromocitom (tumor srži nadbubrežne žlijezde) ili paragangliomikoji uzrokuju ponovljene krize teške hipertenzije, palpitacije, glavobolje i intenzivno znojenje.
Ovako nastaju kateholamini: biosinteza korak po korak
La biosinteza kateholamina To je visoko reguliran proces koji počinje s aminokiselinom tirozinom i nastavlja se kroz niz dobro definiranih enzimskih koraka:
- Tirozin → L-DOPA: katalizirano enzimom tirozin hidroksilaza (TH)koji dodaje hidroksilnu grupu na meta poziciju tirozina, formirajući 3,4-dihidroksi-L-fenilalanin (L-DOPA). Ovo je stepen ograničenja brzine rute.
- L-DOPA → Dopamin: reakcija katalizirana od strane DOPA dekarboksilazakoji uklanja karboksilnu grupu iz L-DOPA. Zahtijeva piridoksal fosfat kao kofaktor.
- Dopamin → Norepinefrin: katalizirano od strane dopamin β-hidroksilazakoji dodaje hidroksilnu grupu koristeći askorbat i kisik. Ova reakcija se, uglavnom, odvija unutar sinaptičke vezikule.
- Noradrenalin → Adrenalin: katalizirano enzimom feniletanolamin N-metiltransferaza (PNMT), koji prenosi metilnu grupu sa S-adenozilmetionina, što rezultira adrenalinom.
Tirozin hidroksilaza se nalazi u svim ćelijama koje sintetiziraju kateholamine i predstavlja... oksidaza kombinovanog djelovanja koji koristi molekularni kisik i biopterin kao kofaktor. U normalnim uvjetima, koncentracija tirozina je dovoljna da tirozin hidroksilaza ostane zasićena, tako da regulacija više ovisi o kofaktori i sam enzim nego od prekursorske aminokiseline.
Zanimljiva karakteristika je da tirozin hidroksilaza također može hidroksilat fenilalaninstvaranje tirozina. Ovaj mehanizam može biti relevantan kod poremećaja kao što je fenilketonurija, gdje postoji nedostatak enzima fenilalanin hidroksilaze.
Regulacija biosinteze kateholamina
Biosinteza kateholamina je fino reguliran proces, kako dugoročno tako i kratkoročno:
- Dugoročna regulacija: obično uključuje promjene u količina regulatornih enzimaposebno u ekspresiji tirozin hidroksilaze i dopamin β-hidroksilaze. Hormonski i stresni faktori mogu povećati ili smanjiti sintezu ovih enzima.
- Kratkoročna regulacijaProizvodi se putem mehanizama kao što su fosforilacija tirozin hidroksilaze. Svaka podjedinica ovog enzima sadrži serinske ostatke (pozicije 8, 19, 31 i 40) koji se mogu fosforilirati. Fosforilacija ostataka 19 i 40 značajno povećava aktivnost enzima.
Serinski ostatak 40 se uglavnom fosforilira pomoću protein kinaza Adok druge ostatke mogu modificirati CAM kinaza II i druge kinaze. depolarizacija nervnog terminala Aktivnost tirozin hidroksilaze se povećava zbog priliva kalcija koji aktivira ove kinaze, prilagođavajući tako sintezu kateholamina funkcionalnim potrebama.
Nadalje, enzim koji katalizira korak koji ograničava brzinu (tirozin hidroksilaza) je inhibiran DOPA-om i dopaminom putem mehanizma negativne povratne sprege, budući da se takmiče s biopterinom za mjesta vezivanja. Stoga, kada se produkti ovog puta akumuliraju, brzina sinteze se smanjuje.
skladištenje u sinaptičkim vezikulama
Nakon što se kateholamini sintetiziraju, oni se skladište unutra sinaptičke vezikule poznate kao granularne ili vezikule guste jezgre. Unutar ovih vezikula nalaze se supstance koje se nazivaju hromogranini, kalcij i ATP u visokoj koncentraciji (oko 1000 mM).
Kateholamini formiraju komplekse sa hromograninima, što doprinosi njihovom stabilnost i pakovanjeOve vezikule također sadrže dopamin β-hidroksilazaStoga se sinteza noradrenalina odvija, barem djelomično, unutar same vezikule.
Sistem putem kojeg kateholamini ulaze u vezikule je protonski antiporterPotreban protonski gradijent generira se pomoću proton-ATPaza koji pumpa protone u unutrašnjost, održavajući približan pH od 5,5. Ovaj sistem sakupljanja ima širok specifičnost supstrataOvo omogućava drugim aminima (uključujući neke lijekove) da se takmiče sa endogenim kateholaminima za transport.
Proces oslobađanja kateholamina
Oslobađanje kateholamina iz sinaptičkih vezikula ili iz hromafinskih ćelija nadbubrežne medule je zavisan proces kalcij i egzocitozaKao odgovor na odgovarajući stimulus, otvaraju se kalcijevi kanali, povećavajući unutarćelijsku koncentraciju ovog iona i pokrećući fuziju vezikula s plazmatskom membranom.
Postoji nekoliko ključnih procesa uključenih u oslobađanje kateholamina. Prvo, tu je aktivacija adrenergički receptori (za norepinefrin i epinefrin) koji se nalaze u različitim tkivima. Ova dva neurotransmitera imaju vrlo različite efekte, što se objašnjava prisustvom više podtipova receptora povezanih sa različiti putevi transdukcije u svakom tipu ćelije.
U glatkim mišićima, na primjer, mogu uzrokovati kontrakcija ako su α receptori aktivirani, i Opuštanje Ako djeluju na β2 receptore, u krvnim sudovima izazivaju vazokonstrikciju ili vazorelaksaciju, ovisno o predominantnom podtipu receptora i specifičnom vaskularnom sloju.
Međutim, u bronhijama, aktivacija β2 receptora uglavnom proizvodi bronhodilatacijaU probavnom traktu mogu uzrokovati i suženje i opuštanje glatkih mišića, modulirajući tranzit. Što se tiče srca, aktivacija β1 receptora... povećava broj otkucaja srca i silu kontrakcije, čime se povećava Srčani minutni volumen.
Adrenergički i dopaminergički receptori
Adrenergički i dopaminergički receptori su tipa metabotropni (povezani sa G proteinima) i prevode hemijski signal kateholamina u specifične intracelularne odgovore.
- Adrenergički receptori (α i β)Adrenalin i noradrenalin su agonisti za obje grupe receptora. α receptor može biti α1 ili α2; α1 receptor se, pak, može podijeliti na podtipove A, B i D, koji se razlikuju po svojoj antagonisti, lokacija i efektorski mehanizamβ receptori (β1, β2 i β3) dijele sposobnost stimulacije adenilat ciklaza i povećavaju cAMP, iako također pokazuju različite funkcionalne profile.
- Dopaminergički receptoriGrupirani su u dvije velike porodice: D1-like (D1 i D5), koje stimulišu adenilat ciklazu, i D2-slične (D2, D3 i D4), koje obično inhibiraju ovaj enzim i aktiviraju kalijeve kanale ili inhibiraju kalcijeve kanale. Neki antipsihotici, poput sulpirida i klozapina, djeluju antagonizirajući određene podtipove ovih receptora.
Efekti aktiviranja ovih receptora mogu biti kratkoročno (fosforilacijom proteina) ili dugoročno, kroz promjene u ekspresiji gena putem transkripcijskih faktora i gena za trenutni odgovor.
Razgradnja, ponovni unos i poluživot kateholamina
Kateholamini posjeduju vrlo kratko vrijeme poluraspada (reda veličine nekoliko minuta) kada cirkuliraju u krvi. Glavni mehanizam za prekid njihovog djelovanja je ponovo uhvatiti od strane neurona koji ih je oslobodio i od strane okolnih glialnih ćelija.
- Transporteri za ponovno hvatanjePostoje različite vrste, kao što su NETO (transporter norepinefrina, koji također veže adrenalin), DAT (transporter dopamina) i VMAT-2 (vezikularni transporter monoamina, odgovoran za ponovno punjenje vezikula). Prva dva zavise od gradijent natrijuma usmjeren prema unutrašnjosti ćelije.
- Enzimska degradacijaNakon što se reapsorbiraju ili uđu u cirkulaciju, kateholamine kataboliziraju dva glavna enzima: monoaminooksidaza (MAO) I to katehol-O-metiltransferaza (COMT).
MAO se nalazi u vanjska membrana mitohondrija i vrši oksidativnu deaminaciju monoamina, stvarajući aldehide koji se zatim transformišu u kiseline pomoću drugih enzima. Postoje dvije izoforme: MAO-A (koji preferencijalno metabolizira noradrenalin i serotonin) i MAO-B (sa širim spektrom). MAO je veoma prisutan u crijevima i jetri, gdje katabolizira prehrambene amine i sprječava njihov masivan ulazak u krvotok.
COMT se nalazi u mnogim tkivima, uključujući eritrocite, i prenosi metilnu grupu sa S-adenozilmetionina na kateholni prsten. Kombinovana aktivnost MAO i COMT generiše neaktivni metaboliti koji se na kraju eliminiraju putem urina, kao što su vanililmandelična kiselina (VMA), homovanilinska kiselina ili 3-metoksi-4-hidroksifenilglikol.
Značaj u svakodnevnom funkcionisanju ljudskog tijela
Ovi neurotransmiteri su od velikog značaja za funkcije našeg tijela, s obzirom na to da obavljaju višestruke uloge. Učestvuju u različitim mehanizmima. neuronski como endokrini, koordinirajući brze i adaptivne odgovore.
Jedan od tih utjecaja je onaj koji oni vrše na centralni nervni sistem, u kojima kontrolišu procese kao što su kretanje, spoznaja, emocije, učenje i pamćenjeDopamin je uključen u cikluse nagrađivanja i motivacije, noradrenalin u budnost i fokusiranje pažnje, a adrenalin u pripremu tijela za suočavanje sa stresom.
U perifernoj regiji, kateholamini regulišu puls, u krvni pritisak, u disanje y el energetski metabolizammobiliziranje glukoze i masnih kiselina iz zaliha radi brzog obezbjeđivanja energije u situacijama potrebe.
Što se tiče stresa, kateholamini igraju fundamentalnu ulogu u fiziološki odgovori Ovi receptori se aktiviraju kada osoba doživi fizički ili emocionalni stres. Oslobađanje adrenalina i noradrenalina iz srži nadbubrežne žlijezde i simpatičkih nervnih završetaka priprema tijelo da reaguje na stvarne ili percipirane prijetnje.
Istraživanja su utvrdila da na ćelijskom nivou ove supstance moduliraju neuronska aktivnost otvaranjem ili zatvaranjem jonskih kanala u zavisnosti od uključenih receptora, te na taj način prilagođavanjem brzine i obrasca aktiviranja neurona u različitim regijama mozga. Neki od ovih efekata na ćelijskom nivou, koji objašnjavaju modulaciju jona zavisnu od receptora, opisani su još 1990. godine.
Kako se utvrđuje prisustvo kateholamina?
Nivoi kateholamina mogu se odrediti pomoću analiza i ispitivanje krvi i urinaU krvi se otprilike 50% kateholamina veže za proteine plazme, dok druga frakcija slobodno cirkuliše i ona se obično mjeri za procjenu nedavne aktivnosti.
U kliničkoj praksi, kada se sumnja na abnormalnosti poput feohromocitoma ili paraganglioma, provode se specifični testovi. kateholamini u plazmi i of urinarnih metabolita (na primjer, metanefrini i normetanefrini u 24-satnom urinu), koji djeluju kao vrlo korisni markeri prekomjerne proizvodnje.
Kada dođe do poremećaja ili smanjenja neurotransmisije kateholamina, određenih neurološki i neuropsihijatrijski poremećajiJedna od njih je depresija, koja je povezana s niskim nivoima ovih supstanci u određenim regijama mozga, za razliku od anksioznosti, kod koje obično prevladava hiperaktivacija adrenergičkih sistema.
S druge strane, čini se da dopamin igra bitnu ulogu u bolestima kao što su Parkinson (zbog dopaminergičkog deficita) i šizofrenija (zbog relativnog viška dopaminergičke aktivnosti u određenim putevima). Ove asocijacije usmjeravaju upotrebu lijekova koji povećavaju ili blokiraju djelovanje kateholamina u skladu s kliničkom slikom.
Konačno, važno je razumjeti da nivoi kateholamina mogu biti pod utjecajem načina života i prehranePostoje namirnice s visokim sadržajem fenilalanina i tirozina, poput crvenog mesa, jaja, ribe, mliječnih proizvoda, slanutka, leće i orašastih plodova, koje osiguravaju potrebne prekursore za sintezu kateholamina.
Aspartam, najčešće korišteno zaslađivač u prehrambenoj industriji, za koji se procjenjuje da čini više od 60% globalnog tržišta ovih aditiva koji se koriste u bezalkoholnim pićima i dijetalnim proizvodima, također sadrži fenilalaninS druge strane, tirozin se može naći u značajnim količinama u namirnicama kao što su sir.
Kakav osjećaj u nama izaziva povećanje kateholamina?
Adrenalin i noradrenalin djeluju kao simpatomimetički hormoniTo znači da simuliraju i pojačavaju efekte hiperaktivnosti u simpatičkom nervnom sistemu, koji je odgovoran za pripremu tijela za akciju.
Dakle, kada se ove supstance ispuste u krvotok, a porast krvnog pritiskaPovećana mišićna kontrakcija, povišeni nivoi glukoze i ubrzan rad srca i disanje. Sve ovo objašnjava zašto su kateholamini neophodni za pripremu tijela. stresne reakcije, borba ili bijeg.
Na subjektivnom nivou, hormonalne i neuronske promjene povezane s kateholaminima rezultiraju osjećaji budnosti, energije, nervoze ili euforijeU zavisnosti od intenziteta i konteksta, umjereni porast kateholamina može nam pomoći da bolje funkcionišemo kada se suočimo s izazovom; međutim, ponovljeni i intenzivni porasti povezani su sa stanjima anksioznost i hronični stres.
Oslobađanje kateholamina u opasnim situacijama
Da bi došlo do masovnog oslobađanja kateholamina, potrebno je prethodno oslobađanje [nečega]. acetilholin iz simpatičkih preganglionskih neurona. Ovaj acetilholin inervira srž nadbubrežne žlijezde i aktivira niz ćelijskih događaja koji kulminiraju egzocitozom adrenalina i noradrenalina.
Kada se nivo adrenalina poveća, on generiše povećanje onoga što se naziva kontraktilna sila srca i povećava broj otkucaja srca. To rezultira većom opskrbom tkiva kisikom. Slično tome, Učestalost disanja i dolazi do bronhodilatacije, što olakšava ulazak zraka u pluća.
Na kognitivnom nivou, kontrolisana aktivacija kateholamina uzrokuje brže reagujemo na podražajeque Hajde da učimo i bolje pamtimo Neki relevantni detalji situacije (posebno ako je bila intenzivna ili prijeteća). Međutim, dugotrajno visoki nivoi ovih supstanci povezani su s problemima anksioznost, nesanica i poteškoće s koncentracijom.
Suprotno tome, čini se da nizak nivo dopamina utiče na početak deficiti pažnjeTeškoće u učenju, apatija i depresija. To je dovelo do razvoja lijekova koji povećavaju dopaminergički prijenos kod poremećaja kao što su poremećaj pažnje i hiperaktivnost (ADHD) ili sam Parkinson.
Zajedno, kateholamini formiraju izuzetno sofisticiran hemijski sistem za razmjenu poruka koji povezuje mozak sa ostatkom tijela, prilagođava naše vitalne znakove u sekundama zahtjevima okoline i modulira procese složene poput emocija, pamćenja, imuniteta ili kretanja. Stoga, razumijevanje njihove funkcije pomaže u boljem razumijevanju i normalne fiziologije i brojnih fizičkih i mentalnih poremećaja.