Katekolamin tidak lebih daripada neurotransmittersatu konsep yang akan kita bincangkan kemudian; ini juga dikenali sebagai hormon aminoTakrifan etimologi katekolamin boleh dijelaskan seperti berikut: ia adalah sekumpulan bahan yang merangkumi adrenalin, noradrenalin dan dopamin. Bahan-bahan ini disintesis daripada asid amino yang dikenali sebagai tirosinBeginilah ia terdiri daripada kumpulan katekol dan kumpulan amino.
Dalam erti kata itu, katekolamin (CA) atau aminohormon boleh ditakrifkan sebagai semua bahan yang mengandungi dalam strukturnya a kumpulan katekis dan rantai sisi dengan kumpulan aminoIa boleh berfungsi dalam badan kita sebagai hormon yang beredar dalam darah dan neurotransmiter sinaptikOleh itu, ia memainkan peranan penting dalam sistem saraf dan sistem endokrin.
Tetapi apa sebenarnya neurotransmitter?
Definisi ini boleh dianggap sebagai kunci untuk memahami segala yang berkaitan dengan katekolamin. Dalam pengertian ini, neurotransmitter dapat didefinisikan sebagai sejenis neuromediator kimia atau mesej yang membolehkan satu neuron berkomunikasi dengan sel lain. Dalam istilah saintifik, ia adalah biomolekul yang memungkinkan neurotransmisi dengan dilepaskan dari terminal presinaptik dan bertindak pada reseptor tertentu dalam sel postsinaptik.
Neurotransmitter seperti katekolamin disimpan di dalam vesikel sinaptikIa dilepaskan sebagai tindak balas kepada potensi tindakan dan terikat pada reseptor pada membran neuron atau sel efektor. Selepas itu, ia diserap semula atau didegradasi untuk melengkapkan tindakannya. Dinamik pantas ini menjelaskan mengapa kesannya boleh menjadi kuat tetapi berjangka pendek. jangka pendek.
Apa itu neurotransmisi?
Ia tidak lebih daripada penghantaran maklumat dari satu neuron (sel sistem saraf) ke neuron lain, sel otot, atau kelenjar. Semua ini dicapai melalui sinapsyang merupakan ruang atau zon sentuhan berfungsi yang memisahkannya. Apabila impuls elektrik sampai ke terminal saraf, katekolamin dilepaskan ke ruang sinaptik, mengakibatkan pengaktifan atau perencatan sel reseptor.
Katekolamin menjalankan fungsi hormon kerana ia berlaku di kelenjar adrenal (terutamanya dalam medula adrenal) dan dilepaskan ke dalam aliran darah. Ia juga disintesis dalam pengakhiran saraf spesifik, jadi ia juga dianggap sebagai neurotransmiter. Sifat dwi-sifat ini membantu memahami bahawa kesannya boleh sangat setempat (sinaps) atau sistemik (peredaran darah).
Molekul utama pertama dalam keseluruhan laluan ini ialah tirosinyang digunakan sebagai sumber dalam neuron katekolamin (neuron penghasil katekolamin). Neuron ini berasal terutamanya dalam sel kromafin medula adrenal dan dalam gentian postganglionik sistem saraf simpatetik.
Terdapat tiga katekolamin utama: adrenalin, noradrenalin, dan dopaminNorepinefrin dan dopamin bertindak sebagai neurotransmiter dalam sistem saraf pusat dan sebagai hormon apabila ia memasuki aliran darah. Epinefrin dianggap terutamanya hormon medula adrenal, dengan kesan yang kuat dan meluas pada pelbagai organ.
Katekolamin secara amnya menghasilkan perubahan fisiologi yang menyediakan individu dan badan mereka untuk melawan, melarikan diri, atau aktiviti fizikal yang intensifPerubahan ini termasuk kadar denyutan jantung yang dipercepatkan, tekanan darah tinggi, pembebasan glukosa dan pengagihan semula aliran darah ke otot.
Struktur kimia asas dan jenis katekolamin
Struktur katekolamin terdiri daripada cincin benzena dengan dua kumpulan hidroksil (yang dipanggil katekol), a rantai perantaraan dan kumpulan amino terminalKonfigurasi kimia yang biasa ini menjelaskan mengapa ia berkongsi banyak sifat, walaupun setiap satunya menjalankan fungsi yang berbeza dalam organisma.
- Adrenalin (epinefrin)dihasilkan terutamanya dalam medula adrenal, ia bertindak terutamanya sebagai hormon dan penting untuk tindak balas melawan atau penerbanganmeningkatkan kadar denyutan jantung, tekanan darah, dan pembebasan tenaga.
- Noradrenalin (norepinefrin)Ia dihasilkan dalam medula adrenal dan dalam neuron sistem saraf simpatetik. Ia berfungsi sebagai neurotransmiter dan hormon, mengawal selia vasokonstriksitekanan darah dan kewaspadaan.
- dopamine: disintesis di pelbagai kawasan otak, ia adalah kunci dalam motivasi, keseronokan, kawalan pergerakan dan pembelajaranDi samping itu, ia memodulasi fungsi buah pinggang dan aliran darah dalam tisu tertentu.
Kesemuanya disintesis daripada tirosinWalau bagaimanapun, tempat pengeluaran dan pengedaran reseptor mereka menjadikan fungsi mereka sangat spesifik dalam setiap organ atau sistem.
Hubungan dengan penyakit tertentu
Kajian telah lama menunjukkan bahawa disfungsi dalam laluan katekolaminergic Ia dikaitkan dengan gangguan bipolar dan skizofrenia. Hubungan ini menjadi jelas, antara lain, disebabkan oleh kesan ubat-ubatan yang mengubah pengambilan semula atau degradasi bahan-bahan ini, seperti perencat monoamine oksidase (MAOI) dan antidepresan trisiklik.
Dalam fungsi motor, dopamin terlibat secara langsung dalam penyakit ParkinsonDalam patologi ini terdapat degenerasi neuron dopaminergik pada bahan hitamIni mengganggu komunikasi dengan ganglia basal dan menjejaskan kawalan pergerakan dengan teruk.
Di samping itu, tahap dopamin dan norepinefrin yang tidak normal dikaitkan dengan gangguan mood seperti kemurungan utama, gangguan bipolar dan beberapa gangguan keresahan. Kekurangan dopamin boleh dikaitkan dengan apati, anhedonia dan kesukaran dengan motivasi, manakala aktiviti dopaminergik yang berlebihan dikaitkan dengan gejala psikotik.
Dalam bidang endokrin, penghasilan katekolamin yang berlebihan boleh disebabkan oleh tumor seperti pheochromocytoma (tumor medula adrenal) atau paragangliomasyang menyebabkan krisis hipertensi teruk, palpitasi, sakit kepala dan berpeluh berlebihan yang berulang.
Beginilah cara katekolamin terbentuk: biosintesis langkah demi langkah
La biosintesis katekolamin Ia merupakan proses yang sangat terkawal yang bermula dengan asid amino tirosin dan berterusan melalui satu siri langkah enzimatik yang jelas:
- Tirosina → L-DOPA: dimangkinkan oleh enzim tirosin hidroksilase (TH)yang menambahkan kumpulan hidroksil pada kedudukan meta tirosin, membentuk 3,4-dihidroksi-L-fenilalanina (L-DOPA). Ini adalah peringkat had laju daripada laluan itu.
- L-DOPA → Dopamin: tindak balas yang dimangkinkan oleh Dekarboksilase DOPAyang menyingkirkan kumpulan karboksil daripada L-DOPA. Memerlukan piridoksal fosfat sebagai kofaktor.
- Dopamin → Norepinefrin: dimangkinkan oleh dopamin β-hidroksilaseyang menambah kumpulan hidroksil menggunakan askorbat dan oksigen. Tindak balas ini berlaku, sebahagian besarnya, di dalam vesikel sinaptik.
- Noradrenalin → Adrenalin: dimangkinkan oleh enzim feniletanolamina N-metiltransferase (PNMT), yang memindahkan kumpulan metil daripada S-adenosilmetionina, menghasilkan adrenalin.
Tirosin hidroksilase terdapat dalam semua sel yang mensintesis katekolamin dan merupakan oksidase tindakan gabungan yang menggunakan oksigen molekul dan biopterin sebagai kofaktor. Dalam keadaan normal, kepekatan tirosin mencukupi untuk memastikan tirosin hidroksilase tepu, jadi pengawalaturan lebih bergantung pada kofaktor dan enzim itu sendiri daripada asid amino prekursor.
Satu ciri yang menarik ialah tirosin hidroksilase juga boleh fenilalanina hidroksilatmenghasilkan tirosin. Mekanisme ini mungkin relevan dalam gangguan seperti fenilketonuria, di mana terdapat kekurangan enzim fenilalanina hidroksilase.
Peraturan biosintesis katekolamin
Biosintesis katekolamin merupakan proses yang dikawal rapi dalam jangka masa panjang dan pendek:
- Peraturan jangka panjang: biasanya melibatkan perubahan dalam kuantiti enzim pengawalseliaanterutamanya dalam ekspresi tirosin hidroksilase dan dopamin β-hidroksilase. Faktor hormon dan tekanan boleh meningkatkan atau mengurangkan sintesis enzim ini.
- Peraturan jangka pendekIa dihasilkan melalui mekanisme seperti fosforilasi tirosin hidroksilase. Setiap subunit enzim ini mengandungi residu serina (kedudukan 8, 19, 31, dan 40) yang boleh difosforilasi. Fosforilasi residu 19 dan 40 meningkatkan aktiviti enzim dengan ketara.
Residu serina 40 difosforilasi terutamanya oleh protein kinase Amanakala residu lain boleh diubah suai oleh CAM kinase II dan kinase lain. depolarisasi terminal saraf Aktiviti tirosin hidroksilase meningkat disebabkan oleh kemasukan kalsium yang mengaktifkan kinase ini, justeru menyesuaikan sintesis katekolamin kepada permintaan fungsian.
Tambahan pula, enzim yang memangkinkan langkah pengehad kadar (tirosin hidroksilase) ialah dihalang oleh DOPA dan dopamin melalui mekanisme maklum balas negatif, kerana ia bersaing dengan biopterin untuk tapak pengikatan. Oleh itu, apabila produk laluan terkumpul, kadar sintesis berkurangan.
penyimpanan dalam vesikel sinaptik
Sebaik sahaja katekolamin disintesis, ia disimpan di dalam vesikel sinaptik dikenali sebagai vesikel berbutir atau teras padat. Di dalam vesikel ini terdapat bahan yang dipanggil kromogranin, kalsium dan ATP dalam kepekatan tinggi (sekitar 1000 mM).
Katekolamin membentuk kompleks dengan kromogranin, yang menyumbang kepada kestabilan dan pembungkusanVesikel-vesikel ini juga mengandungi dopamin β-hidroksilaseOleh itu, sintesis noradrenalin berlaku, sekurang-kurangnya sebahagiannya, di dalam vesikel itu sendiri.
Sistem di mana katekolamin memasuki vesikel adalah antiporter protonKecerunan proton yang diperlukan dijana oleh a proton-ATPase yang mengepam proton ke bahagian dalam, mengekalkan pH anggaran 5,5. Sistem pengumpulan ini mempunyai luas kekhususan substratIni membolehkan amina lain (termasuk beberapa ubat) bersaing dengan katekolamin endogen untuk pengangkutan.
Proses untuk melepaskan katekolamin
Pembebasan katekolamin daripada vesikel sinaptik atau daripada sel kromafin medula adrenal merupakan proses yang bergantung kalsium dan eksositosisSebagai tindak balas kepada rangsangan yang sesuai, saluran kalsium terbuka, meningkatkan kepekatan intraselular ion ini dan mencetuskan gabungan vesikel dengan membran plasma.
Terdapat beberapa proses utama yang terlibat dalam pembebasan katekolamin. Pertama, terdapat pengaktifan reseptor adrenergik (untuk norepinefrin dan epinefrin) yang terletak dalam tisu yang berbeza. Kedua-dua neurotransmiter ini mempunyai kesan yang sangat pelbagai, yang dijelaskan oleh kehadiran pelbagai subjenis reseptor yang digandingkan dengan laluan transduksi yang berbeza dalam setiap jenis sel.
Dalam otot licin, sebagai contoh, ia boleh menyebabkan penguncupan jika reseptor α diaktifkan, dan Relaksasi Jika ia bertindak pada reseptor β2, ia menghasilkan vasokonstriksi atau vasorelaksasi dalam saluran darah bergantung pada subjenis reseptor yang dominan dan katil vaskular tertentu.
Walau bagaimanapun, dalam bronkus, pengaktifan reseptor β2 terutamanya menghasilkan bronkodilasiDalam saluran penghadaman, ia boleh menyebabkan penyempitan dan pengenduran otot licin, memodulasi transit. Berkenaan dengan jantung, pengaktifan reseptor β1... meningkatkan kadar denyutan jantung dan daya pengecutan, justeru meningkatkan output jantung.
Reseptor adrenergik dan dopaminergik
Reseptor adrenergik dan dopaminergik adalah jenis metabotropik (digandingkan dengan protein G) dan menterjemahkan isyarat kimia katekolamin kepada tindak balas intraselular tertentu.
- Reseptor adrenergik (α dan β)Adrenalin dan noradrenalin adalah agonis untuk kedua-dua kumpulan reseptor. Reseptor α boleh jadi α1 atau α2; reseptor α1 pula boleh dibahagikan kepada subjenis A, B dan D, yang berbeza dari segi antagonis, lokasi dan mekanisme efektorReseptor β (β1, β2 dan β3) berkongsi keupayaan untuk merangsang adenilat siklase dan meningkatkan cAMP, walaupun ia juga mempamerkan profil fungsi yang berbeza.
- Reseptor dopaminergikMereka dikumpulkan kepada dua keluarga besar: seperti D1 (D1 dan D5), yang merangsang adenilat siklase, dan seperti D2 (D2, D3 dan D4), yang biasanya menghalang enzim ini dan mengaktifkan saluran kalium atau menghalang saluran kalsium. Sesetengah ubat antipsikotik, seperti sulfirida dan klozapin, melaksanakan tindakannya dengan mengantagoniskan subjenis reseptor tertentu ini.
Kesan pengaktifan reseptor ini boleh jadi jangka pendek (melalui fosforilasi protein) atau daripada jangka panjang, melalui perubahan dalam ekspresi gen melalui faktor transkripsi dan gen tindak balas segera.
Degradasi, pengambilan semula dan separuh hayat katekolamin
Katekolamin mempunyai separuh hayat yang sangat pendek (mengikut urutan minit) apabila ia beredar dalam darah. Mekanisme utama untuk menamatkan tindakannya ialah menawan semula oleh neuron yang membebaskannya dan oleh sel glial di sekelilingnya.
- Penghantar tangkap semulaTerdapat pelbagai jenis, seperti BERSIH (pengangkut norepinefrin, yang juga mengambil adrenalin), DAT (pengangkut dopamin) dan VMAT-2 (pengangkut monoamina vesikular, bertanggungjawab untuk mengecas semula vesikel). Dua yang pertama bergantung pada kecerunan natrium diarahkan ke bahagian dalam sel.
- Degradasi enzimatikSetelah diserap semula atau dalam peredaran, katekolamin dikatabolismekan oleh dua enzim utama: monoamin oksidase (MAO) dan katekol-O-metiltransferase (COMT).
MAO terletak di membran luar mitokondria dan melakukan deaminasi oksidatif monoamina, menghasilkan aldehid yang kemudiannya diubah menjadi asid oleh enzim lain. Terdapat dua isoform: MAO-A (yang secara pilihannya memetabolismekan noradrenalin dan serotonin) dan MAO-B (dengan spektrum yang lebih luas). MAO sangat banyak terdapat di usus dan hati, di mana ia mengkatabolismekan amina diet dan menghalang kemasukannya secara besar-besaran ke dalam aliran darah.
COMT terdapat dalam banyak tisu, termasuk eritrosit, dan memindahkan kumpulan metil daripada S-adenosilmetionina ke cincin katekol. Aktiviti gabungan MAO dan COMT menghasilkan metabolit tidak aktif yang akhirnya disingkirkan melalui air kencing, seperti asid vanililmandelik (VMA), asid homovanilik atau 3-metoksi-4-hidroksifenilglikol.
Kepentingan dalam fungsi harian tubuh manusia
Neurotransmitter ini sangat penting untuk fungsi badan kita, memandangkan ia memainkan pelbagai peranan. Ia terlibat dalam pelbagai mekanisme. saraf sebagai endokrin, menyelaraskan tindak balas yang pantas dan adaptif.
Salah satu pengaruh ini adalah pengaruh yang mereka berikan terhadap sistem saraf pusat, di mana mereka mengawal proses seperti pergerakan, kognisi, emosi, pembelajaran dan ingatanDopamin terlibat dalam litar ganjaran dan motivasi, noradrenalin dalam kewaspadaan dan fokus perhatian, dan adrenalin dalam menyediakan badan untuk menghadapi tekanan.
Di kawasan periferal, katekolamin mengawal selia kadar degupan jantung, yang tekanan darah, yang bernafas dan metabolisme tenagamenggerakkan glukosa dan asid lemak daripada simpanan untuk membekalkan tenaga cepat dalam situasi permintaan.
Berkenaan tekanan, katekolamin memainkan peranan penting dalam tindak balas fisiologi Reseptor ini diaktifkan apabila seseorang mengalami tekanan fizikal atau emosi. Pembebasan adrenalin dan noradrenalin daripada medula adrenal dan hujung saraf simpatetik menyediakan badan untuk bertindak balas terhadap ancaman sebenar atau yang dirasakan.
Kajian telah menentukan bahawa pada peringkat selular, bahan-bahan ini memodulasi aktiviti neuron dengan membuka atau menutup saluran ion bergantung pada reseptor yang terlibat, dan dengan itu melaraskan kadar dan corak pembakaran neuron di pelbagai kawasan otak. Sebahagian daripada kesan ini pada peringkat selular, yang menjelaskan modulasi ion yang bergantung kepada reseptor, telah diterangkan seawal tahun 1990.
Bagaimanakah kehadiran katekolamin ditentukan?
Tahap katekolamin boleh ditentukan oleh kajian dan analisis darah dan air kencingDalam darah, kira-kira 50% katekolamin terikat pada protein plasma, manakala pecahan lain beredar dengan bebas dan merupakan pecahan yang biasanya diukur untuk menilai aktiviti terkini.
Dalam amalan klinikal, apabila keabnormalan seperti feokromositoma atau paraganglioma disyaki, ujian khusus akan dijalankan. katekolamin plasma dan metabolit urin (contohnya, metanefrina dan normetafrina dalam air kencing 24 jam), yang bertindak sebagai penanda pengeluaran berlebihan yang sangat berguna.
Apabila kegagalan atau penurunan berlaku dalam neurotransmisi katekolamin, tertentu gangguan neurologi dan neuropsikiatriSalah satunya ialah kemurungan, yang dikaitkan dengan tahap rendah bahan-bahan ini di kawasan otak tertentu, tidak seperti kebimbangan, di mana biasanya terdapat dominasi hiperaktivasi sistem adrenergik.
Sebaliknya, dopamin memainkan peranan penting dalam penyakit seperti Parkinson (disebabkan oleh kekurangan dopaminergik) dan skizofrenia (disebabkan oleh lebihan aktiviti dopaminergik yang relatif dalam laluan tertentu). Kaitan ini membimbing penggunaan ubat yang meningkatkan atau menyekat tindakan katekolamin mengikut gambaran klinikal.
Akhir sekali, adalah penting untuk memahami bahawa tahap katekolamin boleh dipengaruhi oleh gaya hidup dan pemakananTerdapat makanan dengan kehadiran fenilalanina dan tirosin yang tinggi, seperti daging merah, telur, ikan, produk tenusu, kacang kuda, lentil dan kekacang, yang menyediakan prekursor yang diperlukan untuk sintesis katekolamin.
Aspartame, pemanis yang paling banyak digunakan dalam industri makanan, yang dianggarkan menyumbang lebih daripada 60% pasaran global untuk bahan tambahan yang digunakan dalam minuman ringan dan produk diet, juga mengandungi fenilalaninSebaliknya, tirosin boleh didapati dalam jumlah yang banyak dalam makanan seperti keju.
Apakah perasaan kita apabila peningkatan katekolamin berlaku?
Adrenalin dan noradrenalin bertindak sebagai hormon simpatomimetikIni bermakna mereka mensimulasikan dan meningkatkan kesan hiperaktif dalam sistem saraf simpatetik, yang bertanggungjawab untuk menyediakan badan untuk bertindak.
Oleh itu, apabila bahan-bahan ini dilepaskan ke dalam aliran darah, peningkatan tekanan darahPeningkatan pengecutan otot, tahap glukosa yang tinggi, dan kadar denyutan jantung serta pernafasan yang dipercepatkan. Semua ini menjelaskan mengapa katekolamin penting untuk menyediakan badan. tindak balas tekanan, melawan atau melarikan diri.
Pada tahap subjektif, perubahan hormon dan neuron yang berkaitan dengan katekolamin mengakibatkan perasaan waspada, bertenaga, gementar, atau euforiaBergantung pada keamatan dan konteks, lonjakan katekolamin yang sederhana dapat membantu kita berprestasi lebih baik ketika menghadapi cabaran; walau bagaimanapun, lonjakan berulang dan kuat dikaitkan dengan keadaan kebimbangan dan tekanan kronik.
Pelepasan katekolamin dalam situasi berbahaya
Untuk pembebasan katekolamin secara besar-besaran berlaku, pembebasan [sesuatu] terlebih dahulu diperlukan. asetilkolin daripada neuron preganglionik simpatetik. Asetilkolina ini mempersarafi medula adrenal dan mengaktifkan satu siri peristiwa selular yang berpunca daripada eksositosis adrenalin dan noradrenalin.
Apabila adrenalin meningkat, ia menghasilkan peningkatan dalam apa yang dipanggil daya pengecutan jantung dan meningkatkan kadar denyutan jantung. Ini menghasilkan bekalan oksigen yang lebih besar ke tisu. Begitu juga, kadar pernafasan dan bronkodilasi berlaku, memudahkan kemasukan udara ke dalam paru-paru.
Pada tahap kognitif, pengaktifan katekolamin yang terkawal menyebabkan kita bertindak balas dengan lebih cepat terhadap rangsanganItu Mari belajar dan mengingat dengan lebih baik Beberapa butiran berkaitan situasi (terutamanya jika ia sengit atau mengancam). Walau bagaimanapun, tahap bahan-bahan ini yang tinggi secara berterusan telah dikaitkan dengan masalah keresahan, insomnia, dan kesukaran menumpukan perhatian.
Sebaliknya, tahap dopamin yang rendah nampaknya mempengaruhi permulaan defisit perhatianKesukaran pembelajaran, apati, dan kemurungan. Ini telah membawa kepada perkembangan ubat-ubatan yang meningkatkan penularan dopaminergik dalam gangguan seperti gangguan hiperaktif kekurangan perhatian (ADHD) atau Parkinson sendiri.
Secara keseluruhannya, katekolamin membentuk sistem pesanan kimia yang luar biasa canggih yang menghubungkan otak ke seluruh badan, menyesuaikan tanda-tanda vital kita dalam beberapa saat dengan tuntutan persekitaran, dan memodulasi proses yang kompleks seperti emosi, ingatan, imuniti atau pergerakan. Oleh itu, memahami fungsinya membantu untuk lebih memahami fisiologi normal dan pelbagai gangguan fizikal dan mental.