stringtranslate.com

Катехоламины

Катехол

Катехоламин ( / ˌ k æ t ə ˈ k oʊ l ə m iː n / ; сокращенно CA ) — это моноаминовый нейромедиатор , органическое соединение , которое имеет катехол ( бензол с двумя гидроксильными боковыми группами рядом друг с другом) и боковую цепь амина . [1]

Катехол может быть как свободной молекулой, так и заместителем более крупной молекулы, где он представляет собой 1,2-дигидроксибензольную группу.

Катехоламины образуются из аминокислоты тирозина , которая поступает с пищей, а также синтезируется из фенилаланина . [2] Катехоламины растворимы в воде и на 50% связаны с белками плазмы в кровотоке.

Среди катехоламинов есть адреналин (эпинефрин), норадреналин (норадреналин) и дофамин . Выделение гормонов адреналина и норадреналина из мозгового вещества надпочечников является частью реакции «бей или беги» . [3]

Тирозин создается из фенилаланина путем гидроксилирования ферментом фенилаланингидроксилазой . Тирозин также усваивается непосредственно из пищевого белка. Клетки, секретирующие катехоламины, используют несколько реакций для последовательного преобразования тирозина в L -ДОФА , а затем в дофамин. В зависимости от типа клеток, дофамин может далее преобразовываться в норадреналин или даже в адреналин. [4]

Аналогами катехоламинов являются различные стимулирующие препараты (например, ряд замещенных амфетаминов ).

Структура

Катехоламины имеют отчетливую структуру бензольного кольца с двумя гидроксильными группами, промежуточной этильной цепью и терминальной аминогруппой . Фенилэтаноламины, такие как норадреналин, имеют гидроксильную группу на этильной цепи. [ необходима цитата ]

Производство и деградация


Расположение

Катехоламины вырабатываются в основном хромаффинными клетками мозгового вещества надпочечников и постганглионарными волокнами симпатической нервной системы . Дофамин , который действует как нейротрансмиттер в центральной нервной системе , в основном вырабатывается в телах нейронов в двух областях ствола мозга: вентральной области покрышки и черной субстанции , последняя из которых содержит нейромеланин -пигментированные нейроны. Аналогично нейромеланин-пигментированные тела клеток голубого пятна вырабатывают норадреналин . Адреналин вырабатывается небольшими группами нейронов в человеческом мозге, которые экспрессируют его синтезирующий фермент, фенилэтаноламин N -метилтрансферазу ; [8] эти нейроны проецируются из ядра, которое примыкает (вентролатерально) к area postrema , и из ядра в дорсальной области одиночного пути . [8]

Биосинтез

Дофамин — первый катехоламин, синтезируемый из ДОФА. В свою очередь, норадреналин и адреналин образуются в результате дальнейшей метаболической модификации дофамина. Ферменту дофамингидроксилазе требуется медь в качестве кофактора (не показано на схеме), а ДОФА-декарбоксилазе требуется PLP (не показано на схеме). Скорость-лимитирующим этапом в биосинтезе катехоламинов через преобладающий метаболический путь является гидроксилирование L -тирозина в L -ДОФА. [ необходима цитата ]

Синтез катехоламинов ингибируется альфа-метил- п -тирозином ( АМПТ ), который ингибирует тирозингидроксилазу . [ необходима ссылка ]

Аминокислоты фенилаланин и тирозин являются предшественниками катехоламинов. Обе аминокислоты в высоких концентрациях содержатся в плазме крови и мозге. У млекопитающих тирозин может образовываться из пищевого фенилаланина с помощью фермента фенилаланингидроксилазы , который в больших количествах содержится в печени. Недостаточное количество фенилаланингидроксилазы приводит к фенилкетонурии — метаболическому расстройству, которое приводит к интеллектуальным нарушениям, если его не лечить с помощью диетических манипуляций. [ необходима цитата ] Обычно считается, что синтез катехоламинов начинается с тирозина. Фермент тирозингидроксилаза (TH) превращает аминокислоту L -тирозин в 3,4-дигидроксифенилаланин ( L -ДОФА). Гидроксилирование L -тирозина TH приводит к образованию предшественника DA L -ДОФА, который метаболизируется декарбоксилазой ароматических L -аминокислот (AADC; см. Cooper et al., 2002 [ требуется ссылка ] ) в передатчик дофамина. Этот шаг происходит так быстро, что трудно измерить L -ДОФА в мозге без предварительного ингибирования AADC. [ требуется ссылка ] В нейронах , которые используют DA в качестве передатчика, декарбоксилирование L -ДОФА в дофамин является конечным шагом в формировании передатчика; однако в тех нейронах, которые используют норэпинефрин (норадреналин) или эпинефрин (адреналин) в качестве передатчиков, также присутствует фермент дофамин β-гидроксилаза (DBH), который преобразует дофамин в норадреналин. В других нейронах, в которых адреналин является передатчиком, третий фермент фенилэтаноламин N -метилтрансфераза (PNMT) преобразует норадреналин в адреналин. Таким образом, клетка, которая использует адреналин в качестве передатчика, содержит четыре фермента (TH, AADC, DBH и PNMT), тогда как норадреналиновые нейроны содержат только три фермента (без PNMT), а дофаминовые клетки — только два (TH и AADC). [ необходима цитата ]

Деградация

Катехоламины имеют период полураспада в несколько минут при циркуляции в крови. Они могут быть разрушены либо метилированием катехол -О -метилтрансферазами (КОМТ) , либо дезаминированием моноаминоксидазами (МАО) .

ИМАО связываются с МАО, тем самым предотвращая разрушение катехоламинов и других моноаминов.

Катаболизм катехоламинов опосредуется двумя основными ферментами: катехол- O -метилтрансферазой (COMT), которая присутствует в синаптической щели и цитозоле клетки, и моноаминоксидазой (MAO), которая находится в митохондриальной мембране. Оба фермента требуют кофакторов: COMT использует Mg2 + в качестве кофактора, в то время как MAO использует FAD . Первый этап катаболического процесса опосредуется либо MAO, либо COMT, что зависит от ткани и расположения катехоламинов (например, деградация катехоламинов в синаптической щели опосредуется COMT, поскольку MAO является митохондриальным ферментом). Следующие катаболические этапы в пути включают алкогольдегидрогеназу , альдегиддегидрогеназу и альдегидредуктазу . Конечным продуктом адреналина и норадреналина является ванилилминдальная кислота (VMA) , которая выводится с мочой . Катаболизм дофамина приводит к образованию гомованилиновой кислоты (ГВК) . [9]

Функция

Модальность

Два катехоламина, норадреналин и дофамин , действуют как нейромодуляторы в центральной нервной системе и как гормоны в кровообращении. Катехоламин норадреналин является нейромодулятором периферической симпатической нервной системы, но также присутствует в крови (в основном через «перетекание» из синапсов симпатической системы). [ необходима цитата ]

Высокий уровень катехоламинов в крови связан со стрессом , который может быть вызван психологическими реакциями или стрессорами окружающей среды, такими как повышенный уровень шума , интенсивный свет или низкий уровень сахара в крови . [10]

Чрезвычайно высокий уровень катехоламинов (также известный как катехоламиновая токсичность) может возникнуть при травме центральной нервной системы из-за стимуляции или повреждения ядер в стволе мозга , в частности, ядер, влияющих на симпатическую нервную систему . В неотложной медицине это явление широко известно как «сброс катехоламинов».

Чрезвычайно высокий уровень катехоламинов может быть также вызван нейроэндокринными опухолями мозгового вещества надпочечников — излечимым заболеванием, известным как феохромоцитома .

Высокий уровень катехоламинов также может быть вызван дефицитом моноаминоксидазы А (МАО-А) , известным как синдром Бруннера . Поскольку МАО-А является одним из ферментов, ответственных за деградацию этих нейротрансмиттеров, его дефицит значительно увеличивает биодоступность этих нейротрансмиттеров. Это происходит при отсутствии феохромоцитомы , нейроэндокринных опухолей и карциноидного синдрома , но выглядит похоже на карциноидный синдром с такими симптомами, как покраснение лица и агрессия. [11] [12]

Острая порфирия может вызвать повышение уровня катехоламинов. [13]

Эффекты

Катехоламины вызывают общие физиологические изменения, которые готовят организм к физической активности ( реакция «бей или беги» ). Некоторые типичные эффекты включают увеличение частоты сердечных сокращений , артериального давления , уровня глюкозы в крови и общую реакцию симпатической нервной системы . [ необходима ссылка ] Некоторые препараты, такие как толкапон (центральный ингибитор КОМТ ), повышают уровень всех катехоламинов. Повышенный уровень катехоламинов может также вызывать повышенную частоту дыхания ( тахипноэ ) у пациентов. [14]

Катехоламин секретируется в мочу после расщепления, и уровень его секреции можно измерить для диагностики заболеваний, связанных с уровнем катехоламинов в организме. [15] Анализ мочи на катехоламины используется для выявления феохромоцитомы .

Функция в растениях

«Они были обнаружены в 44 семействах растений, но для них не было установлено никакой существенной метаболической функции. Они являются предшественниками бензо[ c ]фенантридиновых алкалоидов , которые являются активными основными ингредиентами многих лекарственных растительных экстрактов. CAs были вовлечены в возможную защитную роль против насекомых-хищников, травм и детоксикации азота. Было показано, что они способствуют росту растительных тканей, соматическому эмбриогенезу из культур in vitro и цветению. CAs ингибируют окисление индол-3-уксусной кислоты и усиливают биосинтез этилена . Было также показано, что они синергически усиливают различные эффекты гиббереллинов ». [16]

Тестирование на катехоламины

Катехоламины секретируются клетками в тканях различных систем человеческого организма, в основном нервной и эндокринной системами. Надпочечники секретируют определенные катехоламины в кровь, когда человек находится в состоянии физического или психического стресса, и это обычно является здоровой физиологической реакцией. [ требуется ссылка ] Однако острый или хронический избыток циркулирующих катехоламинов может потенциально повысить артериальное давление и частоту сердечных сокращений до очень высоких уровней и в конечном итоге спровоцировать опасные эффекты. Тесты на фракционированные свободные метанефрины плазмы или метанефрины мочи используются для подтверждения или исключения определенных заболеваний, когда врач выявляет признаки гипертонии и тахикардии , которые не поддаются адекватному лечению. [17] [18] Каждый из тестов измеряет количество метаболитов адреналина и норадреналина, соответственно называемых метанефрином и норметанефрином .

Также проводятся анализы крови для определения количества катехоламинов в организме.

Тесты на катехоламины проводятся для выявления редких опухолей надпочечников или нервной системы. Тесты на катехоламины предоставляют информацию относительно таких опухолей, как: феохромоцитома, параганглиома и нейробластома. [19] [20]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Fitzgerald, PA (2011). "Глава 11. Мозговое вещество надпочечников и параганглии". В Gardner, DG; Shoback, D. (ред.). Greenspan's Basic & Clinical Endocrinology (9-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill . Получено 26 октября 2011 г.
  2. ^ Первс, Д.; Августин, Г. Дж.; Фицпатрик, Д.; Холл, В. К.; ЛаМантия, А. С.; Макнамара, Дж. О.; Уайт, Л. Э., ред. (2008). Нейронаука (4-е изд.). Sinauer Associates. стр. 137–138. ISBN 978-0-87893-697-7.
  3. ^ "Катехоламины". Библиотека здравоохранения . Сан-Диего, Калифорния: Калифорнийский университет. Архивировано из оригинала 16 июля 2011 г.
  4. ^ Joh, TH; Hwang, O. (1987). «Дофамин бета-гидроксилаза: биохимия и молекулярная биология». Annals of the New York Academy of Sciences . 493 : 342–350. doi :10.1111/j.1749-6632.1987.tb27217.x. PMID  3473965. S2CID  86229251.
  5. ^ Бродли К.Дж. (март 2010 г.). «Сосудистые эффекты следовых аминов и амфетаминов». Фармакология и терапия . 125 (3): 363–375. doi :10.1016/j.pharmthera.2009.11.005. PMID  19948186.
  6. ^ Линдеманн Л., Хёнер М. К. (май 2005 г.). «Возрождение следовых аминов, вдохновленное новым семейством GPCR». Тенденции в фармакологических науках . 26 (5): 274–281. doi :10.1016/j.tips.2005.03.007. PMID  15860375.
  7. ^ Wang X, Li J, Dong G, Yue J (февраль 2014). «Эндогенные субстраты CYP2D мозга». European Journal of Pharmacology . 724 : 211–218. doi :10.1016/j.ejphar.2013.12.025. PMID  24374199.
  8. ^ ab Kitahama, K.; Pearson, J.; Denoroy, L.; Kopp, N.; Ulrich, J.; Maeda, T.; Jouvet, M. (1985). «Адренергические нейроны в человеческом мозге, продемонстрированные иммуногистохимией с антителами к фенилэтаноламин- N -метилтрансферазе (PNMT): открытие новой группы в ядре одиночного пути». Neuroscience Letters . 53 (3): 303–308. doi :10.1016/0304-3940(85)90555-5. PMID  3885079. S2CID  2578817.
  9. ^ Эйзенхофер, Г.; Копин, И.Дж.; Голдштейн, Д.С. (2004). «Метаболизм катехоламинов: современный взгляд с последствиями для физиологии и медицины». Pharmacological Reviews . 3 (56): 331–349. doi :10.1124/pr.56.3.1. PMID  15317907. S2CID  12825309.
  10. ^ Чу, Брианна; Марваха, Комал; Санвикторес, Терренс; Авосика, Айула О.; Айерс, Дерек (2024), «Физиология, реакция на стресс», StatPearls , Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, PMID  31082164 , получено 28.06.2024
  11. ^ Manor, I.; Tyano, S.; Mel, E.; Eisenberg, J.; Bachner-Melman, R.; Kotler, M.; Ebstein, RP (2002). «Исследования моноаминоксидазы A и синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) на основе семейных и ассоциативных исследований: преимущественная передача длинного повтора промотора и его связь с ухудшением производительности в тесте на непрерывную производительность (TOVA)». Молекулярная психиатрия . 7 (6): 626–632. doi : 10.1038/sj.mp.4001037 . PMID  12140786.
  12. ^ Бруннер, Х. Г. (1996). «Дефицит МАОА и ненормальное поведение: перспективы ассоциации». Генетика преступного и антисоциального поведения . Симпозиум фонда Ciba. Т. 194. Wiley. С. 155–167. doi :10.1002/9780470514825.ch9. ISBN 978-0-470-51482-5. PMID  8862875.
  13. ^ Стюарт, МФ; Крофт, Дж.; Рид, П.; Нью, Дж.П. (2006). «Острая перемежающаяся порфирия и феохромоцитома: общие черты». Журнал клинической патологии . 60 (8): 935–936. doi : 10.1136 /jcp.2005.032722. PMC 1994495. PMID  17660335. 
  14. ^ Эстес, Мэри (2016). Оценка состояния здоровья и физическое обследование (2-е изд.). Мельбурн : Cengage . стр. 143. ISBN 978-0-17-035484-4.
  15. ^ "Катехоламины в моче". webmd.com . Получено 4 мая 2017 г. .
  16. ^ Куклин, AI; Конгер, BV (1995). «Катехоламины в растениях». Журнал регулирования роста растений . 14 (2): 91–97. doi :10.1007/BF00203119. S2CID  41493767.
  17. ^ "Плазменные свободные метанефрины | Лабораторные тесты онлайн". labtestsonline.org . Получено 24.12.2019 .
  18. ^ "Метанефрины в моче | Лабораторные тесты онлайн". labtestsonline.org . 6 декабря 2019 г. Получено 24.12.2019 .
  19. ^ "Тесты мочи и крови на катехоламины". WebMD . Получено 2019-10-09 .
  20. ^ "Катехоламины". labtestsonline.org . Получено 2019-10-09 .

Внешние ссылки