Kateholamīni ir nekas vairāk kā neirotransmiterijēdziens, ko mēs aplūkosim vēlāk; tie ir pazīstami arī kā aminoskābju hormoniKateholamīna etimoloģisko definīciju var izskaidrot šādi: tās ir vielu grupa, kas ietver adrenalīnu, noradrenalīnu un dopamīnu. Šīs vielas tiek sintezētas no aminoskābes, kas pazīstama kā tirozīnsLūk, kā tas sastāv no katehola grupas un aminogrupas.
Šajā ziņā kateholamīnus (CA) vai aminohormonus var definēt kā visas tās vielas, kuru struktūrā ir katehētu grupa un sānu ķēde ar aminogrupaTie var darboties mūsu organismā gan kā asinīs cirkulējoši hormoni, gan kā sinaptiskie neirotransmiteriTāpēc tiem ir svarīga loma nervu un endokrīnās sistēmas darbībā.
Bet kas īsti ir neirotransmiteris?
Šo definīciju var uzskatīt par atslēgu, lai saprastu visu, kas saistīts ar kateholamīnu. Šajā ziņā neirotransmiteru var definēt kā sava veida ķīmiskais neiromediators jeb ziņojums, kas ļauj vienam neironam sazināties ar citu šūnu. Zinātniskā izteiksmē tas ir biomolekula, kas padara iespējamu neirotransmisija atbrīvojoties no presinaptiskā termināļa un iedarbojoties uz specifiskiem receptoriem postsinaptiskajā šūnā.
Neirotransmiteri, piemēram, kateholamīni, tiek uzglabāti sinaptiskās pūslīšiTie tiek atbrīvoti, reaģējot uz darbības potenciālu, un saistās ar receptoriem uz neirona vai efektora šūnas membrānas. Pēc tam tie tiek reabsorbēti vai degradēti, lai pabeigtu savu darbību. Šī straujā dinamika izskaidro, kāpēc to iedarbība var būt intensīva, bet īslaicīga. īslaicīgs.
Kas ir neirotransmisija?
Tas nav nekas vairāk kā informācijas pārraide no viena neirona (nervu sistēmas šūnas) uz citu neironu, muskuļu šūnu vai dziedzeri. Tas viss tiek panākts, izmantojot sinapsēkas ir telpa vai funkcionālā kontakta zona, kas tos atdala. Kad elektriskais impulss sasniedz nervu galu, kateholamīni tiek atbrīvoti sinaptiskajā telpā, kā rezultātā tiek aktivizēta vai inhibēta receptoru šūna.
Kateholamīni veic funkciju hormonāla jo tie rodas Nieru dziedzeri (galvenokārt virsnieru serdē) un tiek izdalīti asinsritē. Tie tiek sintezēti arī nervu galiem specifiski, tāpēc tos uzskata arī par neirotransmiteriem. Šī divējāda daba palīdz saprast, ka to iedarbība var būt ļoti lokalizēta (sinapses) vai sistēmiska (asinsritē).
Pirmā atslēgas molekula visā šajā ceļā ir tirozīnsko izmanto kā avotu kateholamīnerģiskajos neironos (kateholamīnus producējošos neironos). Šie neironi galvenokārt rodas hromafīna šūnas virsnieru serdē un simpātiskās nervu sistēmas postganglionārajās šķiedrās.
Ir trīs galvenie kateholamīni: adrenalīns, noradrenalīns un dopamīnsNorepinefrīns un dopamīns darbojas kā neirotransmiteri centrālajā nervu sistēmā un kā hormoni, nonākot asinsritē. Epinefrīns galvenokārt tiek uzskatīts par virsnieru serdes hormons, ar spēcīgu un plaši izplatītu ietekmi uz vairākiem orgāniem.
Kateholamīni parasti rada fizioloģiskas izmaiņas, kas sagatavo indivīdu un viņa ķermeni cīņa, bēgšana vai intensīva fiziska aktivitāteŠīs izmaiņas ietver paātrinātu sirdsdarbības ātrumu, paaugstinātu asinsspiedienu, glikozes izdalīšanos un asins plūsmas pārdali muskuļos.
Kateholamīnu pamatķīmiskā struktūra un veidi
Kateholamīnu struktūra sastāv no benzola gredzens ar divām hidroksilgrupām (ko sauc par katehols), a starpposma ķēde un terminālā aminogrupaŠī kopīgā ķīmiskā konfigurācija izskaidro, kāpēc tiem ir daudz kopīgu īpašību, lai gan katrs no tiem organismā veic dažādas funkcijas.
- Adrenalīns (epinefrīns): galvenokārt ražots virsnieru serdē, tas galvenokārt darbojas kā hormons un ir būtisks cīņa vai bēgšanapalielinot sirdsdarbības ātrumu, asinsspiedienu un enerģijas izdalīšanos.
- Noradrenalīns (norepinefrīns)Tas tiek ražots gan virsnieru serdē, gan simpātiskās nervu sistēmas neironos. Tas darbojas kā neirotransmiters un hormons, regulējot vazokonstrikcijaasinsspiediens un modrība.
- dopamīna: sintezējas dažādos smadzeņu reģionos, tas ir galvenais motivācija, prieks, kustību kontrole un mācīšanāsTurklāt tas modulē nieru darbību un asins plūsmu noteiktos audos.
Tie visi tiek sintezēti no tirozīnsTomēr ražošanas vieta un to receptoru izplatība padara to funkcijas ļoti specifiskas katrā orgānā vai sistēmā.
Saistība ar noteiktām slimībām
Pētījumi jau sen ir parādījuši, ka kateholamīnerģisko ceļu disfunkcijas Tie ir saistīti ar bipolāriem traucējumiem un šizofrēniju. Šī saikne kļuva acīmredzama, cita starpā, tādu zāļu iedarbības dēļ, kas maina šo vielu atpakaļsaistīšanu vai noārdīšanos, piemēram, monoamīnoksidāzes inhibitori (MAOI) un tricikliskie antidepresanti.
Motoriskajās funkcijās dopamīns ir tieši iesaistīts slimības attīstībā ParkinsonaŠajā patoloģijā notiek dopamīnerģisko neironu deģenerācija. melna vielaTas traucē saziņu ar bazālajiem ganglijiem un nopietni pasliktina kustību kontroli.
Turklāt patoloģisks dopamīna un norepinefrīna līmenis ir saistīts ar garastāvokļa traucējumi piemēram, smaga depresija, bipolāri afektīvi traucējumi un daži trauksmes traucējumi. Dopamīna deficīts var būt saistīts ar apātiju, anhedoniju un grūtībām ar motivāciju, savukārt pārmērīga dopamīnerģiskā aktivitāte ir saistīta ar psihotiski simptomi.
Endokrīnajā sistēmā kateholamīnu pārmērīgu veidošanos var izraisīt tādi audzēji kā feohromocitoma (virsnieru serdes audzējs) vai paragangliomaskas izraisa atkārtotas smagas hipertensijas, sirdsklauves, galvassāpju un intensīvas svīšanas krīzes.
Lūk, kā veidojas kateholamīni: biosintēze soli pa solim
La kateholamīna biosintēze Tas ir stingri regulēts process, kas sākas ar aminoskābi tirozīnu un turpinās ar virkni precīzi definētu fermentatīvu soļu:
- Tirozīns → L-DOPAkatalizē enzīms tirozīna hidroksilāze (TH)kas tirozīna meta pozīcijā pievieno hidroksilgrupu, veidojot 3,4-dihidroksi-L-fenilalanīnu (L-DOPA). Tas ir ātruma ierobežošanas posms no maršruta.
- L-DOPA → Dopamīns: reakcija, ko katalizē DOPA dekarboksilāzekas no L-DOPA atdala karboksilgrupu. Nepieciešams piridoksāla fosfāts kā kofaktors.
- Dopamīns → Norepinefrīnskatalizē dopamīna β-hidroksilāzekas pievieno hidroksilgrupu, izmantojot askorbātu un skābekli. Šī reakcija lielākoties notiek iekšpusē sinaptiskās pūslīši.
- Noradrenalīns → Adrenalīnskatalizē enzīms feniletanolamīna N-metiltransferāze (PNMT), kas pārnes metilgrupu no S-adenozilmetionīna, kā rezultātā rodas adrenalīns.
Tirozīna hidroksilāze ir atrodama visās šūnās, kas sintezē kateholamīnus, un tā ir kombinētās darbības oksidāze kas kā kofaktoru izmanto molekulāro skābekli un biopterīnu. Normālos apstākļos tirozīna koncentrācija ir pietiekama, lai uzturētu tirozīna hidroksilāzes piesātinājumu, tāpēc regulācija vairāk ir atkarīga no kofaktori un pats enzīms nekā prekursora aminoskābei.
Interesanta iezīme ir tā, ka tirozīna hidroksilāze var arī hidroksilāta fenilalanīnsveidojot tirozīnu. Šim mehānismam var būt nozīme tādu traucējumu gadījumā kā fenilketonūrija, kad ir fenilalanīna hidroksilāzes enzīma deficīts.
Kateholamīnu biosintēzes regulēšana
Kateholamīnu biosintēze ir smalki regulēts process gan ilgtermiņā, gan īstermiņā:
- Ilgtermiņa regulējumsparasti ietver izmaiņas regulējošo enzīmu daudzumsīpaši tirozīna hidroksilāzes un dopamīna β-hidroksilāzes ekspresijā. Hormonālie un stresa faktori var palielināt vai samazināt šo enzīmu sintēzi.
- Īstermiņa regulējumsTas tiek ražots, izmantojot tādus mehānismus kā fosforilēšana tirozīna hidroksilāzes. Katra šī enzīma apakšvienība satur serīna atlikumus (8., 19., 31. un 40. pozīcija), kurus var fosforilēt. 19. un 40. atlikumu fosforilēšana ievērojami palielina enzīma aktivitāti.
Serīna atlikums 40 tiek fosforilēts galvenokārt ar proteīnkināze Asavukārt citus atlikumus var modificēt ar CAM kināzi II un citām kināzēm. nervu gala depolarizācija Tirozīna hidroksilāzes aktivitāte palielinās kalcija pieplūduma dēļ, kas aktivizē šīs kināzes, tādējādi pielāgojot kateholamīnu sintēzi funkcionālajam pieprasījumam.
Turklāt enzīms, kas katalizē ātrumu ierobežojošo posmu (tirozīna hidroksilāze), ir kavē DOPA un dopamīns izmantojot negatīvas atgriezeniskās saites mehānismu, jo tie konkurē ar biopterīnu par saistīšanās vietām. Tādējādi, kad sintēzes ceļa produkti uzkrājas, sintēzes ātrums samazinās.
uzglabāšana sinaptiskajās pūslīšos
Kad kateholamīni ir sintezēti, tie tiek uzglabāti iekšā. sinaptiskās pūslīši pazīstamas kā granulētas vai blīva kodola pūslīši. Šo pūslīšu iekšpusē ir vielas, ko sauc hromogranīni, kalciju un ATP augstā koncentrācijā (aptuveni 1000 mM).
Kateholamīni veido kompleksus ar hromogranīniem, kas veicina to stabilitāte un iepakojumsŠīs pūslīši satur arī dopamīna β-hidroksilāzeTādēļ noradrenalīna sintēze notiek, vismaz daļēji, pašā pūslī.
Sistēma, caur kuru kateholamīni iekļūst pūslīšos, ir protonu antiportersNepieciešamo protonu gradientu ģenerē a protonu-ATPāze kas iesūknē protonus iekšpusē, uzturot aptuveno pH līmeni 5,5. Šai savākšanas sistēmai ir plašs substrāta specifiskumsTas ļauj citiem amīniem (tostarp dažām zālēm) konkurēt ar endogēnajiem kateholamīniem par transportu.
Kateholamīnu izdalīšanās process
Kateholamīnu izdalīšanās no sinaptiskajām vezikulām vai virsnieru serdes hromafīna šūnām ir atkarīgs process. kalcijs un eksocitozeReaģējot uz atbilstošu stimulu, atveras kalcija kanāli, palielinot šī jona intracelulāro koncentrāciju un izraisot pūslīšu saplūšanu ar plazmas membrānu.
Kateholamīnu izdalīšanā ir iesaistīti vairāki galvenie procesi. Pirmkārt, tiek aktivizēta adrenerģiskie receptori (norepinefrīnam un epinefrīnam), kas atrodas dažādos audos. Šiem diviem neirotransmiteriem ir ļoti atšķirīga iedarbība, ko izskaidro vairāku receptoru apakštipu klātbūtne, kas saistīti ar dažādi transdukcijas ceļi katrā šūnu tipā.
Piemēram, gludajos muskuļos tie var izraisīt saraušanās ja α receptori ir aktivizēti, un atpūta Ja tie iedarbojas uz β2 receptoriem, asinsvados tie izraisa vazokonstrikciju vai vazorelaksāciju atkarībā no dominējošā receptora apakštipa un specifiskā asinsvadu gultnes.
Tomēr bronhos β2 receptoru aktivācija galvenokārt rada bronhodilatācijaGremošanas traktā tie var izraisīt gan gludo muskuļu sašaurināšanos, gan relaksāciju, modulējot tranzītu. Attiecībā uz sirdi β1 receptoru aktivācija... palielina sirdsdarbības ātrumu un saraušanās spēku, tādējādi palielinot Sirds izsviede.
Adrenerģiskie un dopamīnerģiskie receptori
Adrenerģiskie un dopamīnerģiskie receptori ir šāda veida metabotropisks (saistīti ar G proteīniem) un pārveido kateholamīnu ķīmisko signālu specifiskās intracelulārās atbildēs.
- Adrenerģiskie receptori (α un β)Adrenalīns un noradrenalīns ir abu receptoru grupu agonisti. α receptors var būt α1 vai α2; α1 receptoru, savukārt, var iedalīt A, B un D apakštipos, kas atšķiras pēc to antagonisti, atrašanās vieta un efektora mehānismsβ receptoriem (β1, β2 un β3) ir kopīga spēja stimulēt adenilātciklāze un palielina cAMP līmeni, lai gan tiem ir arī atšķirīgi funkcionālie profili.
- Dopamīnerģiskie receptoriTie ir sagrupēti divās lielās saimēs: D1 tipa (D1 un D5), kas stimulēt adenilātciklāziun D2 līdzīgi (D2, D3 un D4), kas parasti inhibēt šo enzīmu un aktivizēt kālija kanālus vai inhibēt kalcija kanālus. Daži antipsihotiskie līdzekļi, piemēram, sulpirīds un klozapīns, savu darbību īsteno, antagonizējot noteiktus šo receptoru apakštipus.
Šo receptoru aktivācijas ietekme var būt šāda īstermiņā (ar olbaltumvielu fosforilēšanu) vai no ilgtermiņā, mainot gēnu ekspresiju, izmantojot transkripcijas faktorus un tūlītējas atbildes gēnus.
Kateholamīnu noārdīšanās, atpakaļsaistīšanās un pusperiods
Kateholamīniem piemīt ļoti īss pussabrukšanas periods (apmēram dažu minūšu laikā), kad tie cirkulē asinīs. Galvenais mehānisms to darbības pārtraukšanai ir atgūt ar neironu, kas tos atbrīvoja, un ar apkārtējām gliālajām šūnām.
- Atgūšanas konveijeriIr dažādi veidi, piemēram, NET (norepinefrīna transportētājs, kas uzņem arī adrenalīnu), DAT (dopamīna transportētājs) un VMAT-2 (vezikulārais monoamīna transportētājs, kas atbild par vezikulu uzlādi). Pirmie divi ir atkarīgi no nātrija gradients vērsts uz šūnas iekšpusi.
- Enzīmu degradācijaKad kateholamīni ir atkārtoti absorbēti vai nonākuši asinsritē, tos katabolizē divi galvenie enzīmi: monoamīnoksidāze (MAO) un katehol-O-metiltransferāze (COMT).
MAO atrodas mitohondriju ārējā membrāna un veic monoamīnu oksidatīvo deamināciju, radot aldehidus, kurus pēc tam citi enzīmi pārveido skābēs. Pastāv divas izoformas: MAO-A (kas galvenokārt metabolizē noradrenalīnu un serotonīnu) un MAO-B (ar plašāku spektru). MAO ir ļoti bagātīgs zarnās un aknās, kur tas katabolizē uztura amīnus un novērš to masveida iekļūšanu asinsritē.
KOMT ir atrodams daudzos audos, tostarp eritrocītos, un tas pārnes metilgrupu no S-adenozilmetionīna uz katehola gredzenu. MAO un KOMT kombinētā aktivitāte rada neaktīvie metabolīti kas galu galā tiek izvadīti ar urīnu, piemēram, vanililmandelskābe (VMA), homovanilīnskābe vai 3-metoksi-4-hidroksifenilglikols.
Nozīme cilvēka ķermeņa ikdienas darbībā
Šiem neirotransmiteriem ir liela nozīme mūsu ķermeņa funkcijās, ņemot vērā, ka tie pilda vairākas lomas. Tie piedalās dažādos mehānismos. neironu kā endokrīnā, koordinējot ātras un adaptīvas reakcijas.
Viena no šīm ietekmēm ir tā, ko tās rada uz centrālā nervu sistēma, kuros tie kontrolē tādus procesus kā kustība, izziņa, emocijas, mācīšanās un atmiņaDopamīns ir iesaistīts atlīdzības un motivācijas ķēdēs, noradrenalīns – modrībā un uzmanības koncentrēšanā, bet adrenalīns – organisma sagatavošanā stresa pārvarēšanai.
Perifērajā reģionā kateholamīni regulē sirdsdarbībauz asinsspiediensuz elpošana un enerģijas metabolismsmobilizējot glikozi un taukskābes no krājumiem, lai pieprasījuma situācijās nodrošinātu ātru enerģiju.
Runājot par stresu, kateholamīniem ir būtiska loma fizioloģiskās reakcijas Šie receptori tiek aktivizēti, kad cilvēks piedzīvo fizisku vai emocionālu stresu. Adrenalīna un noradrenalīna izdalīšanās no virsnieru serdes un simpātiskajiem nervu galiem sagatavo organismu reakcijai uz reāliem vai uztvertiem draudiem.
Pētījumi ir atklājuši, ka šūnu līmenī šīs vielas modulē neironu aktivitāte atverot vai aizverot jonu kanālus atkarībā no iesaistītajiem receptoriem un tādējādi pielāgojot neironu ātrumu un aktivācijas modeli dažādos smadzeņu reģionos. Daži no šiem efektiem šūnu līmenī, kas izskaidro receptoru atkarīgo jonu modulāciju, tika aprakstīti jau 1990. gadā.
Kā tiek noteikta kateholamīnu klātbūtne?
Kateholamīnu līmeni var noteikt, izmantojot asins un urīna pētījumi un analīzeAsinīs aptuveni 50% kateholamīnu saistās ar plazmas olbaltumvielām, bet otra daļa brīvi cirkulē un parasti tiek mērīta, lai novērtētu neseno aktivitāti.
Klīniskajā praksē, ja ir aizdomas par tādām anomālijām kā feohromocitoma vai paraganglioma, tiek veikti specifiski testi. plazmas kateholamīni un urīna metabolīti (piemēram, metanefrīni un normetanefrīni 24 stundu urīnā), kas darbojas kā ļoti noderīgi pārprodukcijas marķieri.
Kad kateholamīnu neirotransmisijā rodas traucējumi vai samazināšanās, noteikti neiroloģiski un neiropsihiatriski traucējumiViens no tiem ir depresija, kas saistīta ar zemu šo vielu līmeni noteiktos smadzeņu reģionos, atšķirībā no trauksmes, kurā parasti dominē adrenerģisko sistēmu hiperaktivācija.
No otras puses, dopamīnam, šķiet, ir būtiska loma tādās slimībās kā Parkinsona (dopamīnerģiska deficīta dēļ) un šizofrēnija (dēļ relatīvi palielinātas dopamīnerģiskās aktivitātes noteiktos ceļos). Šīs saistības nosaka zāļu lietošanu, kas atkarībā no klīniskās ainas pastiprina vai bloķē kateholamīnu darbību.
Visbeidzot, ir svarīgi saprast, ka kateholamīnu līmenis var ietekmēt dzīvesveids un uztursIr pārtikas produkti ar augstu fenilalanīna un tirozīna saturu, piemēram, sarkanā gaļa, olas, zivis, piena produkti, turku zirņi, lēcas un rieksti, kas nodrošina nepieciešamos prekursorus kateholamīnu sintēzei.
Aspartāms, visplašāk izmantotais saldinātājs pārtikas rūpniecībā, kas, pēc aplēsēm, veido vairāk nekā 60% no šo bezalkoholisko dzērienu un diētas produktu piedevu pasaules tirgus, satur arī fenilalanīnsNo otras puses, tirozīnu ievērojamā daudzumā var atrast tādos pārtikas produktos kā siers.
Kā mūs ietekmē kateholamīnu līmeņa paaugstināšanās?
Adrenalīns un noradrenalīns darbojas kā simpatomimētiskie hormoniTas nozīmē, ka tie simulē un pastiprina hiperaktivitātes ietekmi simpātiskajā nervu sistēmā, kas ir atbildīga par ķermeņa sagatavošanu darbībai.
Tādējādi, kad šīs vielas nonāk asinsritē, asinsspiediena paaugstināšanāsPastiprināta muskuļu kontrakcija, paaugstināts glikozes līmenis un paātrināta sirdsdarbība un elpošana. Tas viss izskaidro, kāpēc kateholamīni ir svarīgi organisma sagatavošanai. stresa reakcijas, cīņa vai bēgšana.
Subjektīvā līmenī ar kateholamīniem saistītās hormonālās un neironu izmaiņas izraisa modrības, enerģijas, nervozitātes vai eiforijas sajūtasAtkarībā no intensitātes un konteksta, mērens kateholamīnu līmeņa pieaugums var palīdzēt mums labāk darboties, saskaroties ar izaicinājumiem; tomēr atkārtoti un intensīvi pieaugumi ir saistīti ar šādiem stāvokļiem: trauksme un hronisks stress.
Kateholamīnu izdalīšanās bīstamās situācijās
Lai notiktu masveida kateholamīnu izdalīšanās, ir nepieciešama iepriekšēja [kaut kā] izdalīšanās. acetilholīns no simpātiskiem preganglionāriem neironiem. Šis acetilholīns inervē virsnieru serdi un aktivizē virkni šūnu procesu, kas kulminē adrenalīna un noradrenalīna eksocitozē.
Kad adrenalīna līmenis paaugstinās, tas rada tā saukto pieaugumu. sirds saraušanās spēks un paātrina sirdsdarbību. Tas nodrošina lielāku skābekļa piegādi audiem. Līdzīgi, elpošanas ātrums un notiek bronhodilatācija, kas atvieglo gaisa iekļūšanu plaušās.
Kognitīvajā līmenī kontrolēta kateholamīnu aktivācija izraisa mēs ātrāk reaģējam uz stimuliem, tas Mācīsimies un atcerēsimies labāk Dažas būtiskas situācijas detaļas (īpaši, ja tā ir bijusi intensīva vai draudoša). Tomēr ilgstoši augsts šo vielu līmenis ir saistīts ar veselības problēmām. trauksme, bezmiegs un koncentrēšanās grūtības.
Turpretī zems dopamīna līmenis, šķiet, ietekmē rašanos. uzmanības deficītsMācīšanās grūtības, apātija un depresija. Tas ir novedis pie tādu zāļu izstrādes, kas palielina dopamīnerģisko pārraidi tādos traucējumos kā uzmanības deficīta hiperaktivitātes traucējumi (ADHD) vai pats Parkinsons.
Kopā kateholamīni veido ārkārtīgi sarežģītu ķīmisko ziņojumapmaiņas sistēmu, kas savieno smadzenes ar pārējo ķermeni, dažu sekunžu laikā pielāgo mūsu dzīvības pazīmes vides prasībām un modulē tik sarežģītus procesus kā emocijas, atmiņa, imunitāte vai kustības. Tādēļ to funkcijas izpratne palīdz labāk izprast gan normālu fizioloģiju, gan daudzus fiziskus un garīgus traucējumus.