Katekolamin tidak lebih dari neurotransmittersebuah konsep yang akan kita bahas nanti; ini juga dikenal sebagai hormon aminoDefinisi etimologis katekolamin dapat dijelaskan sebagai berikut: katekolamin adalah sekelompok zat yang meliputi adrenalin, noradrenalin, dan dopamin. Zat-zat ini disintesis dari asam amino yang dikenal sebagai tirosinBeginilah cara pembentukannya, yaitu terdiri dari gugus katekol dan gugus amino.
Dalam pengertian itu, katekolamin (CA) atau aminohormon dapat didefinisikan sebagai semua zat yang mengandung dalam strukturnya suatu kelompok katekis dan rantai samping dengan gugus aminoHormon-hormon ini dapat berfungsi dalam tubuh kita baik sebagai hormon yang beredar dalam darah maupun neurotransmiter sinaptikOleh karena itu, mereka memainkan peran kunci dalam sistem saraf dan sistem endokrin.
Tapi apa sebenarnya neurotransmitter itu?
Definisi ini dapat dianggap sebagai kunci untuk memahami segala sesuatu yang berkaitan dengan katekolamin. Dalam pengertian ini, neurotransmitter dapat didefinisikan sebagai sejenis neuromediator kimia atau pesan yang memungkinkan satu neuron untuk berkomunikasi dengan sel lain. Dalam istilah ilmiah, ini adalah biomolekul yang memungkinkan transmisi saraf dengan dilepaskan dari terminal presinaptik dan bekerja pada reseptor spesifik di sel postsinaptik.
Neurotransmiter seperti katekolamin disimpan di vesikel sinaptikSenyawa-senyawa ini dilepaskan sebagai respons terhadap potensial aksi dan berikatan dengan reseptor pada membran neuron atau sel efektor. Setelah itu, senyawa-senyawa ini diserap kembali atau didegradasi untuk menyelesaikan aksinya. Dinamika yang cepat ini menjelaskan mengapa efeknya bisa intens tetapi berumur pendek. durasi pendek.
Apa itu neurotransmisi?
Ini tidak lebih dari itu transmisi informasi dari satu neuron (sel sistem saraf) ke neuron lain, sel otot, atau kelenjar. Semua ini dicapai melalui sinapsyaitu ruang atau zona kontak fungsional yang memisahkan keduanya. Ketika impuls listrik mencapai ujung saraf, katekolamin dilepaskan ke ruang sinaptik, yang mengakibatkan aktivasi atau penghambatan sel reseptor.
Katekolamin menjalankan suatu fungsi. hormonal karena hal itu terjadi di kelenjar adrenal (terutama di medula adrenal) dan dilepaskan ke aliran darah. Hormon-hormon ini juga disintesis di ujung saraf Spesifik, sehingga mereka juga dianggap sebagai neurotransmiter. Sifat ganda ini membantu memahami bahwa efeknya bisa sangat terlokal (sinapsis) atau sistemik (sirkulasi darah).
Molekul kunci pertama dalam keseluruhan jalur ini adalah tirosinyang digunakan sebagai sumber pada neuron katekolaminergik (neuron penghasil katekolamin). Neuron-neuron ini terutama berasal dari sel kromafin dari medula adrenal dan pada serabut postganglionik dari sistem saraf simpatik.
Terdapat tiga jenis katekolamin utama: adrenalin, noradrenalin, dan dopaminNorepinefrin dan dopamin bertindak sebagai neurotransmiter di sistem saraf pusat dan sebagai hormon ketika masuk ke aliran darah. Epinefrin dianggap terutama hormon medula adrenal, dengan efek yang kuat dan luas pada berbagai organ.
Katekolamin umumnya menghasilkan perubahan fisiologis yang mempersiapkan individu dan tubuh mereka untuk melawan, melarikan diri, atau aktivitas fisik yang intensPerubahan-perubahan ini meliputi peningkatan detak jantung, peningkatan tekanan darah, pelepasan glukosa, dan redistribusi aliran darah ke otot.
Struktur kimia dasar dan jenis-jenis katekolamin
Struktur katekolamin terdiri dari sebuah cincin benzena dengan dua gugus hidroksil (yang disebut katekol), satu rantai perantara dan gugus amino terminalKonfigurasi kimia yang umum ini menjelaskan mengapa mereka memiliki banyak sifat yang sama, meskipun masing-masing menjalankan fungsi yang berbeda dalam organisme.
- Adrenalin (epinefrin)Diproduksi terutama di medula adrenal, ia bertindak terutama sebagai hormon dan sangat penting untuk melawan atau respon penerbanganmeningkatkan detak jantung, tekanan darah, dan pelepasan energi.
- Noradrenalin (norepinefrin)Hormon ini diproduksi baik di medula adrenal maupun di neuron sistem saraf simpatik. Fungsinya sebagai neurotransmiter dan hormon, mengatur... vasokonstriksitekanan darah dan kewaspadaan.
- dopaminDisintesis di berbagai wilayah otak, ini adalah kunci dalam motivasi, kesenangan, kontrol gerakan, dan pembelajaranSelain itu, ia juga memodulasi fungsi ginjal dan aliran darah di jaringan tertentu.
Semuanya disintesis dari tirosinNamun, tempat produksi dan distribusi reseptornya membuat fungsinya sangat spesifik di setiap organ atau sistem.
Hubungan dengan penyakit tertentu
Penelitian telah lama menunjukkan bahwa disfungsi pada jalur katekolaminergik Zat-zat tersebut dikaitkan dengan gangguan bipolar dan skizofrenia. Kaitan ini menjadi jelas, antara lain, karena efek obat-obatan yang memodifikasi penyerapan kembali atau degradasi zat-zat tersebut, seperti... Inhibitor monoamine oksidase (MAOI) dan antidepresan trisiklik.
Dalam fungsi motorik, dopamin terlibat langsung dalam penyakit tersebut ParkinsonPada patologi ini terjadi degenerasi neuron dopaminergik. zat hitamHal ini mengganggu komunikasi dengan ganglia basal dan sangat merusak kontrol gerakan.
Selain itu, kadar dopamin dan norepinefrin yang abnormal juga berperan dalam gangguan suasana hati seperti depresi berat, gangguan bipolar, dan beberapa gangguan kecemasan. Kekurangan dopamin dapat dikaitkan dengan apati, anhedonia, dan kesulitan dalam motivasi, sementara aktivitas dopaminergik yang berlebihan dikaitkan dengan gejala psikotik.
Dalam bidang endokrinologi, produksi katekolamin yang berlebihan dapat disebabkan oleh tumor seperti... feokromositoma (tumor medula adrenal) atau paragangliomayang menyebabkan krisis berulang berupa hipertensi berat, jantung berdebar, sakit kepala, dan keringat berlebihan.
Beginilah cara katekolamin terbentuk: biosintesis langkah demi langkah.
La biosintesis katekolamin Ini adalah proses yang sangat teratur yang dimulai dengan asam amino tirosin dan berlanjut melalui serangkaian langkah enzimatik yang terdefinisi dengan baik:
- Tirosin → L-DOPA: dikatalisis oleh enzim tirosin hidroksilase (TH)yang menambahkan gugus hidroksil ke posisi meta tirosin, membentuk 3,4-dihidroksi-L-fenilalanin (L-DOPA). Ini adalah tahap pembatasan kecepatan dari rute tersebut.
- L-DOPA → Dopamin: reaksi yang dikatalisis oleh DOPA dekarboksilaseyang menghilangkan gugus karboksil dari L-DOPA. Membutuhkan piridoksal fosfat sebagai kofaktor.
- Dopamin → Norepinefrin: dikatalisis oleh dopamin β-hidroksilaseyang menambahkan gugus hidroksil menggunakan askorbat dan oksigen. Reaksi ini sebagian besar terjadi di dalam vesikel sinaptik.
- Noradrenalin → Adrenalin: dikatalisis oleh enzim feniletanolamin N-metiltransferase (PNMT), yang mentransfer gugus metil dari S-adenosilmetionin, menghasilkan adrenalin.
Tirosin hidroksilase ditemukan di semua sel yang mensintesis katekolamin dan merupakan oksidase aksi gabungan yang menggunakan oksigen molekuler dan biopterin sebagai kofaktor. Dalam kondisi normal, konsentrasi tirosin cukup untuk menjaga tirosin hidroksilase tetap jenuh, sehingga regulasi lebih bergantung pada kofaktor dan enzim itu sendiri dibandingkan dengan asam amino prekursornya.
Salah satu fitur menariknya adalah tirosin hidroksilase juga dapat menghidroksilasi fenilalaninmenghasilkan tirosin. Mekanisme ini mungkin relevan dalam gangguan seperti fenilketonuria, di mana terjadi defisiensi enzim fenilalanin hidroksilase.
Pengaturan biosintesis katekolamin
Biosintesis katekolamin adalah proses yang diatur dengan sangat teliti baik dalam jangka panjang maupun pendek:
- Regulasi jangka panjang: biasanya melibatkan perubahan pada jumlah enzim pengaturkhususnya pada ekspresi tirosin hidroksilase dan dopamin β-hidroksilase. Faktor hormonal dan stres dapat meningkatkan atau menurunkan sintesis enzim-enzim ini.
- Regulasi jangka pendekHal ini dihasilkan melalui mekanisme seperti fosforilasi dari tirosin hidroksilase. Setiap subunit enzim ini mengandung residu serin (posisi 8, 19, 31, dan 40) yang dapat difosforilasi. Fosforilasi residu 19 dan 40 secara signifikan meningkatkan aktivitas enzim.
Residu serin 40 difosforilasi terutama oleh protein kinase Asementara residu lainnya dapat dimodifikasi oleh CAM kinase II dan kinase lainnya. depolarisasi ujung saraf Aktivitas tirosin hidroksilase meningkat karena masuknya kalsium yang mengaktifkan kinase ini, sehingga menyesuaikan sintesis katekolamin dengan kebutuhan fungsional.
Selain itu, enzim yang mengkatalisis langkah pembatas laju (tirosin hidroksilase) adalah dihambat oleh DOPA dan dopamin melalui mekanisme umpan balik negatif, karena mereka bersaing dengan biopterin untuk situs pengikatan. Dengan demikian, ketika produk dari jalur tersebut menumpuk, laju sintesis berkurang.
penyimpanan dalam vesikel sinaptik
Setelah katekolamin disintesis, katekolamin disimpan di dalam tubuh. vesikel sinaptik dikenal sebagai vesikel granular atau vesikel inti padat. Di dalam vesikel ini terdapat zat-zat yang disebut kromogranin, kalsium dan ATP dalam konsentrasi tinggi (sekitar 1000 mM).
Katekolamin membentuk kompleks dengan kromogranin, yang berkontribusi pada stabilitas dan pengemasanVesikel-vesikel ini juga mengandung dopamin β-hidroksilaseOleh karena itu, sintesis noradrenalin terjadi, setidaknya sebagian, di dalam vesikel itu sendiri.
Sistem masuknya katekolamin ke dalam vesikel adalah sebuah antiporter protonGradien proton yang diperlukan dihasilkan oleh sebuah proton-ATPase yang memompa proton ke bagian dalam, menjaga pH sekitar 5,5. Sistem pengumpulan ini memiliki jangkauan yang luas. spesifisitas substratHal ini memungkinkan amina lain (termasuk beberapa obat) untuk bersaing dengan katekolamin endogen dalam proses transportasi.
Proses pelepasan katekolamin
Pelepasan katekolamin dari vesikel sinaptik atau dari sel kromafin medula adrenal merupakan proses yang bergantung pada faktor tertentu. kalsium dan eksositosisSebagai respons terhadap rangsangan yang sesuai, saluran kalsium terbuka, meningkatkan konsentrasi ion ini di dalam sel dan memicu fusi vesikel dengan membran plasma.
Ada beberapa proses kunci yang terlibat dalam pelepasan katekolamin. Pertama, ada aktivasi reseptor adrenergik (untuk norepinefrin dan epinefrin) terletak di jaringan yang berbeda. Kedua neurotransmiter ini memiliki efek yang sangat beragam, yang dijelaskan oleh keberadaan berbagai subtipe reseptor yang terhubung ke jalur transduksi yang berbeda pada setiap jenis sel.
Pada otot polos, misalnya, mereka dapat menyebabkan kontraksi jika reseptor α diaktifkan, dan relaksasi Jika bekerja pada reseptor β2, di dalam pembuluh darah mereka menghasilkan vasokonstriksi atau vasorelaksasi tergantung pada subtipe reseptor yang dominan dan jaringan pembuluh darah tertentu.
Namun, di bronkus, aktivasi reseptor β2 terutama menghasilkan bronkodilatasiDi saluran pencernaan, reseptor ini dapat menyebabkan kontraksi dan relaksasi otot polos, sehingga memodulasi pergerakan makanan. Berkaitan dengan jantung, aktivasi reseptor β1... meningkatkan detak jantung dan kekuatan kontraksi, sehingga meningkatkan Curah jantung.
Reseptor adrenergik dan dopaminergik
Reseptor adrenergik dan dopaminergik termasuk dalam tipe metabotropik (terkait dengan protein G) dan menerjemahkan sinyal kimia katekolamin menjadi respons intraseluler spesifik.
- Reseptor adrenergik (α dan β)Adrenalin dan noradrenalin adalah agonis untuk kedua kelompok reseptor. Reseptor α dapat berupa α1 atau α2; reseptor α1, pada gilirannya, dapat dibagi menjadi subtipe A, B, dan D, yang berbeda dalam antagonis, lokasi dan mekanisme efektorReseptor β (β1, β2 dan β3) memiliki kemampuan yang sama untuk menstimulasi adenilat siklase dan meningkatkan cAMP, meskipun mereka juga menunjukkan profil fungsional yang berbeda.
- Reseptor dopaminergikMereka dikelompokkan menjadi dua keluarga besar: D1-like (D1 dan D5), yang merangsang adenilat siklase, dan mirip D2 (D2, D3 dan D4), yang biasanya menghambat enzim ini dan mengaktifkan saluran kalium atau menghambat saluran kalsium. Beberapa obat antipsikotik, seperti sulpiride dan clozapine, bekerja dengan menghambat subtipe tertentu dari reseptor ini.
Efek dari pengaktifan reseptor ini dapat berupa jangka pendek (melalui fosforilasi protein) atau dari jangka panjang, melalui perubahan ekspresi gen melalui faktor transkripsi dan gen respons langsung.
Degradasi, penyerapan kembali, dan waktu paruh katekolamin
Katekolamin memiliki waktu paruh yang sangat singkat (dalam hitungan menit) ketika mereka beredar dalam darah. Mekanisme utama untuk mengakhiri aksi mereka adalah menangkap kembali oleh neuron yang melepaskannya dan oleh sel-sel glial di sekitarnya.
- Konveyor penangkap ulangAda berbagai jenis, seperti NET (transporter norepinefrin, yang juga mengangkut adrenalin), DAT (transporter dopamin) dan VMAT-2 (transporter monoamina vesikular, bertanggung jawab untuk mengisi ulang vesikel). Dua yang pertama bergantung pada gradien natrium diarahkan ke bagian dalam sel.
- Degradasi enzimatikSetelah diserap kembali atau masuk ke dalam sirkulasi, katekolamin dipecah oleh dua enzim utama: monoamine oksidase (MAO) dan katekol-O-metiltransferase (COMT).
MAO terletak di membran luar mitokondria dan melakukan deaminasi oksidatif monoamina, menghasilkan aldehida yang kemudian diubah menjadi asam oleh enzim lain. Terdapat dua isoform: MAO-A (yang secara khusus memetabolisme noradrenalin dan serotonin) dan MAO-B (dengan spektrum yang lebih luas). MAO sangat melimpah di usus dan hati, di mana ia mengkatabolisme amina dari makanan dan mencegah masuknya amina dalam jumlah besar ke dalam aliran darah.
COMT ditemukan di banyak jaringan, termasuk eritrosit, dan mentransfer gugus metil dari S-adenosilmetionin ke cincin katekol. Aktivitas gabungan MAO dan COMT menghasilkan metabolit tidak aktif yang pada akhirnya dikeluarkan melalui urin, seperti asam vanililmandelat (VMA), asam homovanilat atau 3-metoksi-4-hidroksifenilglikol.
Pentingnya fungsi tubuh manusia sehari-hari
Neurotransmiter ini sangat penting bagi fungsi tubuh kita, mengingat mereka menjalankan berbagai peran. Mereka berpartisipasi dalam berbagai mekanisme. saraf sebagai kelenjar endokrin, mengoordinasikan respons yang cepat dan adaptif.
Salah satu pengaruh tersebut adalah pengaruh yang mereka berikan pada sistem saraf pusat, di mana mereka mengendalikan proses seperti gerakan, kognisi, emosi, pembelajaran, dan memoriDopamin terlibat dalam sirkuit penghargaan dan motivasi, noradrenalin dalam kewaspadaan dan fokus perhatian, dan adrenalin dalam mempersiapkan tubuh untuk mengatasi stres.
Di wilayah perifer, katekolamin mengatur detak jantung, yang tekanan darah, yang bernafas dan metabolisme energiMemobilisasi glukosa dan asam lemak dari cadangan untuk menyediakan energi cepat dalam situasi yang dibutuhkan.
Terkait stres, katekolamin memainkan peran mendasar dalam hal ini. respons fisiologis Reseptor-reseptor ini diaktifkan ketika seseorang mengalami stres fisik atau emosional. Pelepasan adrenalin dan noradrenalin dari medula adrenal dan ujung saraf simpatik mempersiapkan tubuh untuk bereaksi terhadap ancaman nyata atau yang dirasakan.
Penelitian telah menunjukkan bahwa pada tingkat seluler, zat-zat ini memodulasi aktivitas neuron dengan membuka atau menutup saluran ion tergantung pada reseptor yang terlibat, dan dengan demikian menyesuaikan laju dan pola pelepasan impuls neuron di berbagai wilayah otak. Beberapa efek pada tingkat seluler ini, yang menjelaskan modulasi ion yang bergantung pada reseptor, telah dijelaskan sejak tahun 1990.
Bagaimana cara menentukan keberadaan katekolamin?
Kadar katekolamin dapat ditentukan dengan cara pemeriksaan dan analisis darah dan urinDalam darah, sekitar 50% katekolamin terikat pada protein plasma, sementara sebagian lainnya bersirkulasi bebas dan inilah yang biasanya diukur untuk menilai aktivitas terkini.
Dalam praktik klinis, ketika kelainan seperti feokromositoma atau paraganglioma dicurigai, dilakukan tes khusus. katekolamin plasma dan metabolit urin (misalnya, metanefrin dan normetanefrin dalam urin 24 jam), yang bertindak sebagai penanda yang sangat berguna untuk produksi berlebih.
Ketika terjadi kegagalan atau penurunan dalam transmisi neurotransmiter katekolamin, maka zat-zat tertentu akan terpengaruh. gangguan neurologis dan neuropsikiatrikSalah satunya adalah depresi, yang dikaitkan dengan rendahnya kadar zat-zat ini di wilayah otak tertentu, tidak seperti kecemasan, di mana biasanya terdapat dominasi hiperaktivasi sistem adrenergik.
Di sisi lain, dopamin tampaknya memainkan peran penting dalam penyakit seperti... Parkinson (akibat kekurangan dopamin) dan skizofrenia (disebabkan oleh kelebihan aktivitas dopaminergik relatif pada jalur tertentu). Hubungan ini memandu penggunaan obat-obatan yang meningkatkan atau menghambat kerja katekolamin sesuai dengan gambaran klinis.
Terakhir, penting untuk memahami bahwa kadar katekolamin dapat dipengaruhi oleh gaya hidup dan pola makanTerdapat makanan dengan kandungan fenilalanin dan tirosin yang tinggi, seperti daging merah, telur, ikan, produk susu, buncis, lentil, dan kacang-kacangan, yang menyediakan prekursor yang diperlukan untuk sintesis katekolamin.
Aspartame, pemanis yang paling banyak digunakan dalam industri makanan, yang diperkirakan mencakup lebih dari 60% pasar global untuk aditif ini yang digunakan dalam minuman ringan dan produk diet, juga mengandung fenilalaninDi sisi lain, tirosin dapat ditemukan dalam jumlah yang signifikan dalam makanan seperti... keju.
Bagaimana peningkatan kadar katekolamin memengaruhi perasaan kita?
Adrenalin dan noradrenalin bertindak sebagai hormon simpatomimetikIni berarti bahwa mereka mensimulasikan dan meningkatkan efek hiperaktivitas pada sistem saraf simpatik, yang bertanggung jawab untuk mempersiapkan tubuh untuk bertindak.
Oleh karena itu, ketika zat-zat ini dilepaskan ke dalam aliran darah, peningkatan tekanan darahPeningkatan kontraksi otot, peningkatan kadar glukosa, dan percepatan detak jantung serta pernapasan. Semua ini menjelaskan mengapa katekolamin sangat penting untuk mempersiapkan tubuh. respons stres, melawan atau lari.
Pada tingkat subjektif, perubahan hormonal dan neuronal yang terkait dengan katekolamin menghasilkan perasaan waspada, berenergi, gugup, atau euforiaTergantung pada intensitas dan konteksnya, lonjakan katekolamin yang moderat dapat membantu kita berkinerja lebih baik ketika menghadapi tantangan; namun, lonjakan yang berulang dan intens dikaitkan dengan kondisi tertentu. kecemasan dan stres kronis.
Pelepasan katekolamin dalam situasi berbahaya
Agar pelepasan katekolamin secara besar-besaran terjadi, pelepasan [sesuatu] terlebih dahulu diperlukan. asetilkolin dari neuron preganglionik simpatik. Asetilkolin ini mempersarafi medula adrenal dan mengaktifkan serangkaian peristiwa seluler yang berpuncak pada eksositosis adrenalin dan noradrenalin.
Ketika adrenalin meningkat, hal itu menghasilkan peningkatan pada apa yang disebut kekuatan kontraksi jantung dan meningkatkan detak jantung. Hal ini menghasilkan peningkatan pasokan oksigen ke jaringan. Demikian pula, tingkat pernapasan dan terjadi bronkodilasi, yang mempermudah masuknya udara ke dalam paru-paru.
Pada tingkat kognitif, aktivasi katekolamin yang terkontrol menyebabkan Kita bereaksi lebih cepat terhadap rangsangan.Bahwa Mari kita belajar dan mengingat dengan lebih baik. Beberapa detail relevan dari situasi tersebut (terutama jika situasinya intens atau mengancam). Namun, kadar zat-zat ini yang tinggi secara berkelanjutan telah dikaitkan dengan masalah-masalah berikut: kecemasan, insomnia, dan kesulitan berkonsentrasi.
Sebaliknya, kadar dopamin yang rendah tampaknya memengaruhi timbulnya defisit perhatianKesulitan belajar, apati, dan depresi. Hal ini telah mendorong pengembangan obat-obatan yang meningkatkan transmisi dopaminergik pada gangguan seperti... gangguan pemusatan perhatian dan hiperaktivitas (ADHD) atau Parkinson sendiri.
Secara bersama-sama, katekolamin membentuk sistem pengiriman pesan kimia yang luar biasa canggih yang menghubungkan otak dengan seluruh tubuh, menyesuaikan tanda-tanda vital kita dalam hitungan detik terhadap tuntutan lingkungan, dan memodulasi proses yang kompleks seperti emosi, ingatan, kekebalan, atau gerakan. Oleh karena itu, memahami fungsinya membantu untuk lebih memahami fisiologi normal dan berbagai gangguan fisik dan mental.