生物化学与分子生物学/儿茶酚胺类

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生物化学与分子生物学

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儿茶酚胺类是指含有邻苯二酚基本结构的胺类。体内具有生物活性的儿茶酚胺包括多巴胺(dopamine,DA)、去甲肾上腺素(norepinephrine,noradrenaline,NE)和肾上腺素(epinephrine,adrenalin,E)。它们的结构如下。

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去甲肾上腺素和肾上腺素既是肾上腺髓质所分泌的激素,又是交感和中枢神经系统中去甲肾上腺素纤维神经递质。NE在中枢内分布广泛,含量较多,E则少,因此我们着重介绍NE的代谢。DA则主要集中在锥体外系,也是一种神经递质。

(一)儿茶酚胺的生物合成

神经组织中儿茶酚胺的合成原料来自血液中的酪氨酸,其合成过程如图14-6。

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图14-6 儿茶酚胺类的生物合成

在上述过程中,第一步有酪氨酸羟化酶参加,它位于去甲肾上腺素能神经纤维的胞浆内,含量少,活性低,成为NE生成的限速酶,四氢生物蝶呤是它的辅酶,O2和Fe++也是合成时必不可少的因素;第二步反应是由胞浆中芳香族氨基酸脱羧酶催化,这酶的特异性不高,和一般氨基酸脱羧酶一样,要求磷酸吡哆醛作为辅酶;第三步是多巴胺羟化酶催化的氧化反应,氧化发生在β碳原子上,此酶不存在于胞浆而是附于囊泡内壁,属于含Cu++的蛋白质,并需要维生素C为辅助因子。

从以上各酶的亚细胞水平分布可以了解,合成NE的最后一步只能在囊泡内进行,NE合成量不仅受酪氨酸羟化酶限速调节,而且当神经末梢胞浆中游离的NE浓度过高时,还可以因反馈性抑制酪氨酸羟化酶的作用而减少NE的合成。

苯乙醇胺N-甲基转移酶主要见于肾上腺髓质细胞,可使NE甲基化生成肾上腺素。此酶在脑内虽有少量存在,但一般认为正常时哺乳类脑内的肾上腺素含量极少。有人认为,如果苯乙醇胺N甲基转移酶活性过高,可以使多巴胺直接变成N甲基多巴胺等物,造成这些递质的代谢紊乱,这可能是精神分裂症的原因之一。

(二)去甲肾上腺素(NE)

1.贮存和释放 NE在囊泡内合成后就地贮存。它和ATP、嗜铬颗粒蛋白等疏松地结合在一起,这样,就使NE不易渗入胞浆而遭单胺氧化酶的破坏。当神经冲动到达末梢时,突触前膜附近的囊泡便与前膜融合,破裂并生成小孔。这时囊泡内的NE连同嗜铬颗粒蛋白等一起被释放入突触间隙

2.突触间隙中NE的去向 释放入突触间隙的NE能与突触后膜上的NE受体结合,产生生理效应。然后,约有3/4的NE重新被突触前膜所摄取。摄入胞浆后的NE又可进入囊泡贮存。重摄取是一种耗能过程,与突触前膜上的Na+,K+ATP酶系统及囊泡膜上的Mg++-ATP酶系统有关。另外一部分NE则为后膜所摄取,并在那里被分解灭活。还有一部分是在突触间隙中被破坏或逸入血液。除了被突触前膜和囊泡重摄取的NE可再供利用外,其余的NE大都遭到酶促降解而灭活。NE的酶促降解如图14?所示,单胺氧化酶(MAO)和儿茶酚-O-甲基转移酶(catecholotransmethylase,COMT)是催化儿茶酚胺分解的两种主要的酶,它们不仅存在于神经组织内,而且广泛地分布于非神经组织,神经元线粒体膜上也很多。NE受MAO作用,首先氧化脱氨基生成醛,后者再变成醇或酸。3-甲氧基-4-羟基苯乙二醇(MHPG)是中枢内NE的主要降解产物。在外周则以氧化成香草基扁桃酸(VMA)为主。血液循环中的NE(主要是激素),则在肝、肾等组织经COMT作用变成甲氧基代谢产物而排泄。现在,临床上常测定尿中VMA含量,作为了解交感神经功能的指标,患嗜铬细胞瘤神经母细胞瘤时,由于肿瘤组织也产生NE或E,其代谢产物VMA相应增多,故在诊断上颇有意义。

关于NE在突触部位的动态可用图14-8表示。

去甲肾上腺素的分解代谢


图14-7 去甲肾上腺素的分解代谢

突触部位NE的动态


图14-8 突触部位NE的动态

中枢神经系统内的去甲肾上腺素能神经元胞体集中在延脑和桥脑,其通路都已研究明确。但是NE在中枢究竟是抑制性还是兴奋性的递质,目前尚不能肯定,可能随部位不同而异。NE所引起的生理效应也很难用简单的术语“兴奋”、“抑制”来表达。根据一些动物实验观察到,NE可引起动物嗜睡体温降低,出现摄食行为。有人认为,脑内NE减少,可表现出精神抑郁;反之,过量可表现出狂躁。总之,脑内NE的功能可能和体温、摄食行为、镇痛心血管系统和精神状态的调节有密切关系。

(三)多巴胺(DA)

在儿茶酚胺类递质的生物合成过程中,多巴胺是去甲肾上腺素的前体。体内凡有NE的组织,其中必然也有DA。由于DA在中枢某些部位中浓度很高,而且它的分布又与NE不平行,所以一般认为它本身也是一种独立的神经递质。

脑内多巴胺的作用是多方面的,它可能和躯体运动功能的加强,垂体内分泌机能的加强以及精神活动的调节都有关系。

多巴胺能神经末梢中的囊泡是贮存DA的场所。这种囊泡不同于NE囊泡,前者不含多巴胺β羟化酶,所以不致将DA羟化成NE。此外,在去甲肾上腺素能纤维中,NE囊泡对贮存物的要求是β位置上有羟基,而DA结构上没有β羟基。DA的贮存、释放和酶促降解都和NE十分相似,而更新速度则较NE快。脑内DA的代谢产物主要是3-甲氧基-4-羟基苯乙酸(homovanillic acid简写HVA,又名同型香草酸)

多巴胺(DA)

参看

32 乙酰胆碱 | 5-羟色胺 32
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