Catecholaminen zijn niets meer dan neurotransmitterseen concept waar we later op terugkomen; deze worden ook wel genoemd amino hormonenDe etymologische definitie van catecholamine kan als volgt worden uitgelegd: het is een groep stoffen waartoe adrenaline, noradrenaline en dopamine behoren. Deze stoffen worden gesynthetiseerd uit het aminozuur dat bekend staat als tyrosineHet is dus opgebouwd uit een catecholgroep en een aminogroep.
In die zin kunnen catecholaminen (CA) of aminohormonen worden gedefinieerd als alle stoffen die in hun structuur een aminozuur bevatten. catechistengroep en een zijketting met een aminogroepZe kunnen in ons lichaam functioneren als circulerende hormonen in het bloed en als synaptische neurotransmittersDaarom spelen ze een sleutelrol in het zenuwstelsel en het endocriene systeem.
Maar wat is een neurotransmitter precies?
Deze definitie kan worden beschouwd als de sleutel tot het begrijpen van alles wat met catecholamine te maken heeft. In die zin kan de neurotransmitter worden gedefinieerd als een soort chemische neuromediator ofwel de boodschap waarmee een neuron met een andere cel kan communiceren. In wetenschappelijke termen is het een biomolecule dat het mogelijk maakt neurotransmissie doordat ze worden vrijgegeven vanuit de presynaptische terminal en inwerken op specifieke receptoren in de postsynaptische cel.
Neurotransmitters zoals catecholaminen worden opgeslagen in synaptische blaasjesZe worden vrijgegeven als reactie op een actiepotentiaal en binden zich aan receptoren op het membraan van de neuron of effectorcel. Daarna worden ze weer opgenomen of afgebroken om hun werking te voltooien. Deze snelle dynamiek verklaart waarom hun effecten intens maar van korte duur kunnen zijn. korte duur.
Wat is neurotransmissie?
Het is niets meer dan de informatieoverdracht van de ene neuron (een cel van het zenuwstelsel) naar een andere neuron, een spiercel of een klier. Dit alles wordt bereikt door middel van de synapsDit is de ruimte of functionele contactzone die ze scheidt. Wanneer een elektrische impuls de zenuwterminal bereikt, worden catecholaminen in de synaptische ruimte vrijgegeven, wat resulteert in de activering of remming van de receptorcel.
Catecholaminen vervullen een functie. hormonale omdat ze voorkomen in de bijnieren (voornamelijk in het bijniermedulla) en worden in de bloedbaan afgegeven. Ze worden ook gesynthetiseerd in zenuwuiteinden Ze zijn specifiek, en worden daarom ook wel neurotransmitters genoemd. Deze dubbele aard helpt te begrijpen dat hun effecten zeer lokaal (synapsen) of systemisch (bloedsomloop) kunnen zijn.
Het eerste sleutelmolecuul in dit hele proces is de tyrosinedie als bron wordt gebruikt in catecholaminerge neuronen (catecholamineproducerende neuronen). Deze neuronen vinden hun oorsprong voornamelijk in de chromaffinecellen van het bijniermedulla en in de postganglionaire vezels van het sympathische zenuwstelsel.
Er zijn drie belangrijke catecholaminen: adrenaline, noradrenaline en dopamineNorepinefrine en dopamine fungeren als neurotransmitters in het centrale zenuwstelsel en als hormonen wanneer ze in de bloedbaan terechtkomen. Epinefrine wordt primair beschouwd als een neurotransmitter. bijnier medulla hormoon, met krachtige en wijdverspreide effecten op meerdere organen.
Catecholaminen veroorzaken over het algemeen fysiologische veranderingen die het individu en zijn lichaam voorbereiden op de vechten, vluchten of intense fysieke activiteitDeze veranderingen omvatten een versnelde hartslag, een verhoogde bloeddruk, de afgifte van glucose en een herverdeling van de bloedtoevoer naar de spieren.
Basischemische structuur en soorten catecholaminen
De structuur van catecholaminen bestaat uit een benzeenring met twee hydroxylgroepen (die genoemd wordt catechol), één tussenliggende keten en een terminale aminogroepDeze gemeenschappelijke chemische structuur verklaart waarom ze veel eigenschappen delen, hoewel elk ervan een andere functie in het organisme vervult.
- Adrenaline (epinefrine)Het wordt voornamelijk geproduceerd in het bijniermedulla, functioneert in de eerste plaats als een hormoon en is essentieel voor de vecht of vlucht reactiewaardoor de hartslag, de bloeddruk en de energieafgifte toenemen.
- Noradrenaline (norepinefrine)Het wordt zowel in het bijniermedulla als in neuronen van het sympathische zenuwstelsel geproduceerd. Het functioneert als neurotransmitter en hormoon en reguleert de vasoconstrictiebloeddruk en alertheid.
- dopamineHet wordt in verschillende hersengebieden gesynthetiseerd en speelt een sleutelrol in de motivatie, plezier, bewegingscontrole en lerenDaarnaast moduleert het de nierfunctie en de bloedtoevoer naar bepaalde weefsels.
Ze worden allemaal gesynthetiseerd uit de tyrosineDe plaats van productie en de verspreiding van hun receptoren maken hun functies echter zeer specifiek in elk orgaan of systeem.
Relatie met bepaalde ziekten
Uit onderzoek is al lang gebleken dat disfuncties in de catecholaminerge pathways Ze worden in verband gebracht met bipolaire stoornis en schizofrenie. Dit verband werd onder andere duidelijk door het effect van medicijnen die de heropname of afbraak van deze stoffen beïnvloeden, zoals... monoamineoxidase-remmers (MAO-remmers) en tricyclische antidepressiva.
Bij motorische functies, de dopamine is direct betrokken bij de ziekte van parkinsonBij deze aandoening treedt degeneratie op van de dopaminerge neuronen van de zwarte substantieDit verstoort de communicatie met de basale ganglia en belemmert de bewegingscontrole ernstig.
Bovendien worden abnormale niveaus van dopamine en noradrenaline in verband gebracht met stemmingsstoornissen zoals ernstige depressie, bipolaire stoornis en sommige angststoornissen. Een dopaminetekort kan gepaard gaan met apathie, anhedonie en motivatieproblemen, terwijl overmatige dopaminerge activiteit in verband wordt gebracht met psychotische symptomen.
Op endocrinologisch gebied kan een overmatige productie van catecholaminen het gevolg zijn van tumoren zoals de feochromocytoom (tumor van het bijniermedulla) of de paragangliomendie leiden tot herhaalde aanvallen van ernstige hypertensie, hartkloppingen, hoofdpijn en hevig zweten.
Zo worden catecholaminen gevormd: biosynthese stap voor stap
La catecholamine biosynthese Het is een sterk gereguleerd proces dat begint met het aminozuur tyrosine en zich voortzet via een reeks goed gedefinieerde enzymatische stappen:
- Tyrosine → L-DOPA: gekatalyseerd door het enzym tyrosinehydroxylase (TH)waarbij een hydroxylgroep wordt toegevoegd aan de meta-positie van tyrosine, waardoor 3,4-dihydroxy-L-fenylalanine (L-DOPA) ontstaat. Dit is de snelheidsbegrenzingsfase van de route.
- L-DOPA → Dopamine: reactie gekatalyseerd door de DOPA-decarboxylasewaarbij een carboxylgroep van L-DOPA wordt verwijderd. Vereist pyridoxalfosfaat als cofactor.
- Dopamine → Norepinefrine: gekatalyseerd door de dopamine β-hydroxylasewaarbij een hydroxylgroep wordt toegevoegd met behulp van ascorbaat en zuurstof. Deze reactie vindt grotendeels plaats in de synaptische blaasjes.
- Noradrenaline → Adrenaline: gekatalyseerd door het enzym fenylethanolamine N-methyltransferase (PNMT), waarbij een methylgroep van S-adenosylmethionine wordt overgedragen, wat resulteert in adrenaline.
Tyrosinehydroxylase komt voor in alle cellen die catecholaminen synthetiseren en is een gecombineerde werking oxidase waarbij moleculaire zuurstof en biopterine als cofactor worden gebruikt. Onder normale omstandigheden is de tyrosineconcentratie voldoende om tyrosinehydroxylase verzadigd te houden, waardoor de regulatie meer afhangt van de cofactoren en het enzym zelf dan van het voorloperaminozuur.
Een interessant kenmerk is dat tyrosinehydroxylase ook hydroxyleren van fenylalaninewaarbij tyrosine wordt gegenereerd. Dit mechanisme kan relevant zijn bij aandoeningen zoals fenylketonurie, waarbij er een tekort is aan het enzym fenylalaninehydroxylase.
Regulatie van de catecholaminebiosynthese
De biosynthese van catecholaminen is een nauwkeurig gereguleerd proces, zowel op de lange als op de korte termijn:
- Langetermijnregulering: houdt meestal veranderingen in de in hoeveelheid regulerende enzymenVooral de expressie van tyrosinehydroxylase en dopamine-β-hydroxylase speelt een rol. Hormonale en stressfactoren kunnen de synthese van deze enzymen verhogen of verlagen.
- Regelgeving op korte termijnHet wordt geproduceerd via mechanismen zoals fosforylering van tyrosinehydroxylase. Elke subeenheid van dit enzym bevat serineresiduen (posities 8, 19, 31 en 40) die gefosforyleerd kunnen worden. Fosforylering van de residuen 19 en 40 verhoogt de activiteit van het enzym aanzienlijk.
Serine-residu 40 wordt voornamelijk gefosforyleerd door de proteïnekinase Aterwijl andere residuen gemodificeerd kunnen worden door CAM-kinase II en andere kinases. depolarisatie van de zenuwterminal De activiteit van tyrosinehydroxylase neemt toe door de instroom van calcium, dat deze kinases activeert, waardoor de synthese van catecholaminen wordt aangepast aan de functionele behoefte.
Bovendien is het enzym dat de snelheidsbepalende stap katalyseert (tyrosinehydroxylase) geremd door DOPA en dopamine via een negatief terugkoppelingsmechanisme, omdat ze concurreren met biopterine om bindingsplaatsen. Wanneer de producten van de route zich ophopen, wordt de synthesesnelheid dus verlaagd.
opslag in synaptische blaasjes
Zodra catecholaminen zijn gesynthetiseerd, worden ze opgeslagen in synaptische blaasjes bekend als granulaire of dense-core vesikels. Binnenin deze vesikels bevinden zich stoffen die chromograninen, calcium en ATP in hoge concentratie (ongeveer 1000 mM).
Catecholaminen vormen complexen met chromograninen, wat bijdraagt aan hun stabiliteit en verpakkingDeze blaasjes bevatten ook de dopamine β-hydroxylaseDe synthese van noradrenaline vindt dus, in ieder geval gedeeltelijk, plaats binnen het blaasje zelf.
Het systeem waarmee catecholaminen de blaasjes binnendringen is een proton-antiporterDe benodigde protongradiënt wordt gegenereerd door een proton-ATPase die protonen naar binnen pompt en zo een pH van ongeveer 5,5 handhaaft. Dit opvangsysteem heeft een breed scala aan toepassingen. substraatspecificiteitHierdoor kunnen andere aminen (waaronder sommige geneesmiddelen) concurreren met endogene catecholaminen voor transport.
Proces om catecholamines vrij te maken
De afgifte van catecholaminen uit synaptische blaasjes of uit chromaffinecellen van het bijniermedulla is een afhankelijk proces. calcium en exocytoseAls reactie op een geschikte prikkel openen calciumkanalen zich, waardoor de intracellulaire concentratie van dit ion toeneemt en de fusie van blaasjes met het plasmamembraan wordt geactiveerd.
Er zijn verschillende belangrijke processen betrokken bij de afgifte van catecholaminen. Ten eerste is er de activering van de adrenerge receptoren (voor noradrenaline en adrenaline) bevinden zich in verschillende weefsels. Deze twee neurotransmitters hebben zeer uiteenlopende effecten, wat verklaard wordt door de aanwezigheid van meerdere receptortypes die gekoppeld zijn aan verschillende signaaltransductieroutes in elk celtype.
In glad spierweefsel kunnen ze bijvoorbeeld het volgende veroorzaken: samentrekking als de α-receptoren geactiveerd zijn, en ontspanning Als ze inwerken op β2-receptoren, veroorzaken ze in de bloedvaten vasoconstrictie of vasorelaxatie, afhankelijk van het overheersende receptortype en het specifieke vaatbed.
In de bronchiën leidt activering van β2-receptoren echter voornamelijk tot de productie van bronchusverwijdingIn het spijsverteringskanaal kunnen ze zowel samentrekking als ontspanning van glad spierweefsel veroorzaken, waardoor de darmpassage wordt gemoduleerd. Wat het hart betreft, de activering van β1-receptoren... verhoogt de hartslag en de contractiekracht, waardoor de hartminuutvolume.
Adrenerge en dopaminerge receptoren
Adrenerge en dopaminerge receptoren zijn van het type metabotropisch (gekoppeld aan G-eiwitten) en vertalen het chemische signaal van catecholaminen in specifieke intracellulaire reacties.
- Adrenerge receptoren (α en β)Adrenaline en noradrenaline zijn agonisten voor beide groepen receptoren. De α-receptor kan α1 of α2 zijn; de α1-receptor kan op zijn beurt worden onderverdeeld in subtypes A, B en D, die verschillen in hun antagonisten, locatie en werkingsmechanismeDe β-receptoren (β1, β2 en β3) hebben gemeen dat ze de volgende eigenschappen kunnen stimuleren: adenylaatcyclase en verhogen het cAMP-niveau, hoewel ze ook verschillende functionele profielen vertonen.
- Dopaminerge receptorenZe worden ingedeeld in twee grote families: D1-achtige (D1 en D5), die stimuleer adenylaatcyclaseen D2-achtige (D2, D3 en D4), die gewoonlijk rem dit enzym en activeren kaliumkanalen of remmen calciumkanalen. Sommige antipsychotische geneesmiddelen, zoals sulpiride en clozapine, oefenen hun werking uit door bepaalde subtypes van deze receptoren te antagoniseren.
De effecten van het activeren van deze receptoren kunnen zijn: korte termijn (door proteïnefosforylering) of van lange termijn, door veranderingen in genexpressie via transcriptiefactoren en genen die direct reageren.
Afbraak, heropname en halfwaardetijd van catecholaminen
Catecholaminen bezitten een zeer korte halfwaardetijd (in de orde van minuten) wanneer ze in het bloed circuleren. Het belangrijkste mechanisme om hun werking te beëindigen is de heroveren door de neuron die ze vrijgaf en door de omringende gliacellen.
- TerugwinningstransportbandenEr bestaan verschillende soorten, zoals de NET (norepinefrinetransporter, die ook adrenaline opneemt), de DAT (dopaminetransporter) en de VMAT-2 (vesiculaire monoaminetransporter, verantwoordelijk voor het herladen van blaasjes). De eerste twee zijn afhankelijk van de natriumgradiënt gericht naar de binnenkant van de cel.
- Enzymatische afbraakEenmaal geresorbeerd of in de bloedsomloop worden catecholaminen afgebroken door twee belangrijke enzymen: de monoamine oxidase (MAO) en catechol-O-methyltransferase (COMT).
De MAO bevindt zich in de buitenste membraan van de mitochondriën en voert de oxidatieve deaminering van monoaminen uit, waarbij aldehyden ontstaan die vervolgens door andere enzymen in zuren worden omgezet. Er zijn twee isovormen: MAO-A (die bij voorkeur noradrenaline en serotonine metaboliseert) en MAO-B (met een breder spectrum). MAO komt in grote hoeveelheden voor in de darmen en de lever, waar het amines uit de voeding afbreekt en voorkomt dat deze massaal in de bloedbaan terechtkomen.
COMT komt voor in veel weefsels, waaronder rode bloedcellen, en draagt een methylgroep over van S-adenosylmethionine naar de catecholring. De gecombineerde activiteit van MAO en COMT genereert inactieve metabolieten die uiteindelijk via de urine worden uitgescheiden, zoals vanillylmandelzuur (VMA), homovanillinezuur of 3-methoxy-4-hydroxyfenylglycol.
Belang in het dagelijks functioneren van het menselijk lichaam
Deze neurotransmitters zijn van groot belang voor de functies van ons lichaam, aangezien ze meerdere rollen vervullen. Ze nemen deel aan diverse mechanismen. neural als endocrien, waarbij snelle en adaptieve reacties worden gecoördineerd.
Een van deze invloeden is de invloed die ze uitoefenen op de centraal zenuwstelselwaarin ze processen controleren zoals beweging, cognitie, emoties, leren en geheugenDopamine speelt een rol in belonings- en motivatiecircuits, noradrenaline in alertheid en concentratie, en adrenaline in de voorbereiding van het lichaam om met stress om te gaan.
In de perifere regio reguleren catecholaminen de hartslag, bloeddruk, ademhaling en energiemetabolismeHet mobiliseren van glucose en vetzuren uit reserves om snel energie te leveren in situaties waarin daar behoefte aan is.
Wat stress betreft, spelen catecholaminen een fundamentele rol in de fysiologische reacties Deze receptoren worden geactiveerd wanneer iemand fysieke of emotionele stress ervaart. De afgifte van adrenaline en noradrenaline uit het bijniermedulla en de sympathische zenuwuiteinden bereidt het lichaam voor op een reactie op reële of vermeende bedreigingen.
Onderzoek heeft aangetoond dat deze stoffen op cellulair niveau de ... moduleren. neuronale activiteit Door het openen of sluiten van ionkanalen, afhankelijk van de betrokken receptoren, en zo de frequentie en het vuurpatroon van neuronen in verschillende hersengebieden aan te passen. Sommige van deze effecten op cellulair niveau, die receptorafhankelijke ionmodulatie verklaren, werden al in 1990 beschreven.
Hoe wordt de aanwezigheid van catecholaminen vastgesteld?
Catecholamineniveaus kunnen worden bepaald door de Bloed- en urineonderzoek en -analyseIn het bloed is ongeveer 50% van de catecholaminen gebonden aan plasmaproteïnen, terwijl een ander deel vrij circuleert en meestal wordt gemeten om de recente activiteit te beoordelen.
In de klinische praktijk worden specifieke tests uitgevoerd wanneer afwijkingen zoals feochromocytoom of paraganglioom worden vermoed. plasmacatecholaminen en urinaire metabolieten (bijvoorbeeld metanefrines en normetanefrines in 24-uurs urine), die fungeren als zeer nuttige markers voor overproductie.
Wanneer er storingen of afnames optreden in de neurotransmissie van catecholaminen, bepaalde neurologische en neuropsychiatrische aandoeningenEen daarvan is depressie, die gepaard gaat met lage niveaus van deze stoffen in bepaalde hersengebieden, in tegenstelling tot angst, waarbij er doorgaans sprake is van een overheersende hyperactivatie van de adrenerge systemen.
Anderzijds lijkt dopamine een essentiële rol te spelen bij ziekten zoals parkinson (als gevolg van dopaminerge deficiëntie) en de Esquizofrenia (als gevolg van een relatief overschot aan dopaminerge activiteit in bepaalde pathways). Deze verbanden bepalen het gebruik van medicijnen die de werking van catecholaminen versterken of blokkeren, afhankelijk van het klinische beeld.
Tot slot is het belangrijk te begrijpen dat catecholamineniveaus kunnen beïnvloed worden door levensstijl en voedingEr zijn voedingsmiddelen met een hoog gehalte aan fenylalanine en tyrosine, zoals rood vlees, eieren, vis, zuivelproducten, kikkererwten, linzen en noten, die de voorlopers leveren die nodig zijn voor de synthese van catecholaminen.
Aspartaam, de meest gebruikte zoetstof in de voedingsmiddelenindustrie, die naar schatting meer dan 60% van de wereldwijde markt voor deze additieven in frisdranken en dieetproducten vertegenwoordigt, bevat ook fenylalanineTyrosine daarentegen is in aanzienlijke hoeveelheden te vinden in voedingsmiddelen zoals kaas.
Welk effect heeft de toename van catecholaminen op ons gevoel?
Adrenaline en noradrenaline fungeren als sympathicomimetische hormonenDit betekent dat ze de effecten van hyperactiviteit in het sympathische zenuwstelsel, dat verantwoordelijk is voor de voorbereiding van het lichaam op actie, simuleren en versterken.
Wanneer deze stoffen dus in de bloedbaan terechtkomen, ontstaat er een verhoging van de bloeddrukVerhoogde spiercontractie, verhoogde glucosewaarden en een versnelde hartslag en ademhaling. Dit alles verklaart waarom catecholaminen essentieel zijn voor de voorbereiding van het lichaam. stressreacties, vechten of vluchten.
Op subjectief niveau leiden de hormonale en neuronale veranderingen die gepaard gaan met catecholaminen tot het volgende: gevoelens van alertheid, energie, nervositeit of euforieAfhankelijk van de intensiteit en de context kan een gematigde piek in catecholaminen ons helpen beter te presteren wanneer we voor een uitdaging staan; herhaalde en intense pieken worden echter in verband gebracht met aandoeningen van angst en chronische stress.
Vrijgave van catecholaminen in gevaarlijke situaties
Voor de massale afgifte van catecholaminen is de voorafgaande afgifte van [iets] vereist. acetylcholine afkomstig van sympathische preganglionaire neuronen. Deze acetylcholine innerveert het bijniermedulla en activeert een reeks cellulaire processen die culmineren in de exocytose van adrenaline en noradrenaline.
Wanneer de adrenaline stijgt, zorgt dat voor een toename van wat men noemt samentrekkingskracht van het hart en verhoogt de hartslag. Dit resulteert in een grotere zuurstofvoorziening aan de weefsels. Op dezelfde manier zorgt de ademhalingssnelheid en er treedt bronchoverwijding op, waardoor lucht gemakkelijker de longen in kan komen.
Op cognitief niveau veroorzaakt een gecontroleerde activering van catecholaminen het volgende: we reageren sneller op prikkelsDat Laten we beter leren en onthouden. Enkele relevante details van de situatie (vooral als deze intens of bedreigend was). Langdurig hoge concentraties van deze stoffen worden echter in verband gebracht met problemen zoals... angst, slapeloosheid en concentratieproblemen.
Omgekeerd lijken lage dopamineniveaus de aanvang van de aandachtstekortenLeerproblemen, apathie en depressie. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van medicijnen die de dopaminerge transmissie verhogen bij aandoeningen zoals... aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit (ADHD) of Parkinson zelf.
Catecholaminen vormen samen een buitengewoon geavanceerd chemisch communicatiesysteem dat de hersenen met de rest van het lichaam verbindt, onze vitale functies binnen enkele seconden aanpast aan de eisen van de omgeving en processen reguleert die zo complex zijn als emoties, geheugen, immuniteit en beweging. Inzicht in hun functie helpt daarom om zowel de normale fysiologie als talrijke fysieke en mentale aandoeningen beter te begrijpen.