生物化學(xué)與分子生物學(xué)/兒茶酚胺類

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生物化學(xué)與分子生物學(xué)

神經(jīng)組織生化
- 神經(jīng)遞質(zhì)的代謝
  - 乙酰膽堿
  - 兒茶酚胺類
  - 5－羥色胺
  - 氨基酸和寡肽

兒茶酚胺類是指含有鄰苯二酚基本結(jié)構(gòu)的胺類。體內(nèi)具有生物活性的兒茶酚胺包括多巴胺(dopamine,DA)、去甲腎上腺素(norepinephrine,noradrenaline,NE)和腎上腺素(epinephrine,adrenalin,E)。它們的結(jié)構(gòu)如下。

去甲腎上腺素和腎上腺素既是腎上腺髓質(zhì)所分泌的激素，又是交感和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中去甲腎上腺素能纖維的神經(jīng)遞質(zhì)。NE在中樞內(nèi)分布廣泛，含量較多，E則少，因此我們著重介紹NE的代謝。DA則主要集中在錐體外系，也是一種神經(jīng)遞質(zhì)。

(一)兒茶酚胺的生物合成

神經(jīng)組織中兒茶酚胺的合成原料來自血液中的酪氨酸，其合成過程如圖14-6。

兒茶酚胺類的生物合成"/>

圖14-6　兒茶酚胺類的生物合成

在上述過程中，第一步有酪氨酸羥化酶參加，它位于去甲腎上腺素能神經(jīng)纖維的胞漿內(nèi)，含量少，活性低，成為NE生成的限速酶，四氫生物蝶呤是它的輔酶，O2和Fe＋＋也是合成時必不可少的因素；第二步反應(yīng)是由胞漿中芳香族氨基酸脫羧酶所催化，這酶的特異性不高，和一般氨基酸脫羧酶一樣，要求磷酸吡哆醛作為輔酶；第三步是多巴胺羥化酶催化的氧化反應(yīng)，氧化發(fā)生在β碳原子上，此酶不存在于胞漿而是附于囊泡內(nèi)壁，屬于含Cu＋＋的蛋白質(zhì)，并需要維生素C為輔助因子。

從以上各酶的亞細胞水平分布可以了解，合成NE的最后一步只能在囊泡內(nèi)進行，NE合成量不僅受酪氨酸羥化酶限速調(diào)節(jié)，而且當神經(jīng)末梢胞漿中游離的NE濃度過高時，還可以因反饋性抑制酪氨酸羥化酶的作用而減少NE的合成。

苯乙醇胺－N-甲基轉(zhuǎn)移酶主要見于腎上腺髓質(zhì)細胞，可使NE甲基化生成腎上腺素。此酶在腦內(nèi)雖有少量存在，但一般認為正常時哺乳類腦內(nèi)的腎上腺素含量極少。有人認為，如果苯乙醇胺N甲基轉(zhuǎn)移酶活性過高，可以使多巴胺直接變成N甲基多巴胺等物，造成這些遞質(zhì)的代謝紊亂，這可能是精神分裂癥的原因之一。

(二)去甲腎上腺素(NE)

1.貯存和釋放　NE在囊泡內(nèi)合成后就地貯存。它和ATP、嗜鉻顆粒蛋白等疏松地結(jié)合在一起，這樣，就使NE不易滲入胞漿而遭單胺氧化酶的破壞。當神經(jīng)沖動到達末梢時，突觸前膜附近的囊泡便與前膜融合，破裂并生成小孔。這時囊泡內(nèi)的NE連同嗜鉻顆粒蛋白等一起被釋放入突觸間隙。

2.突觸間隙中NE的去向　釋放入突觸間隙的NE能與突觸后膜上的NE受體結(jié)合，產(chǎn)生生理效應(yīng)。然后，約有3/4的NE重新被突觸前膜所攝取。攝入胞漿后的NE又可進入囊泡貯存。重攝取是一種耗能過程，與突觸前膜上的Na＋，K＋ATP酶系統(tǒng)及囊泡膜上的Mg＋＋－ATP酶系統(tǒng)有關(guān)。另外一部分NE則為后膜所攝取，并在那里被分解滅活。還有一部分是在突觸間隙中被破壞或逸入血液。除了被突觸前膜和囊泡重攝取的NE可再供利用外，其余的NE大都遭到酶促降解而滅活。NE的酶促降解如圖14?所示，單胺氧化酶(MAO)和兒茶酚－O－甲基轉(zhuǎn)移酶(catecholotransmethylase,COMT)是催化兒茶酚胺分解的兩種主要的酶，它們不僅存在于神經(jīng)組織內(nèi)，而且廣泛地分布于非神經(jīng)組織，神經(jīng)元的線粒體膜上也很多。NE受MAO作用，首先氧化脫氨基生成醛，后者再變成醇或酸。3-甲氧基－4-羥基苯乙二醇(MHPG)是中樞內(nèi)NE的主要降解產(chǎn)物。在外周則以氧化成香草基扁桃酸(VMA)為主。血液循環(huán)中的NE(主要是激素)，則在肝、腎等組織經(jīng)COMT作用變成甲氧基代謝產(chǎn)物而排泄。現(xiàn)在，臨床上常測定尿中VMA含量，作為了解交感神經(jīng)功能的指標，患嗜鉻細胞瘤和神經(jīng)母細胞瘤時，由于腫瘤組織也產(chǎn)生NE或E，其代謝產(chǎn)物VMA相應(yīng)增多，故在診斷上頗有意義。

關(guān)于NE在突觸部位的動態(tài)可用圖14-8表示。

去甲腎上腺素的分解代謝

圖14-7　去甲腎上腺素的分解代謝

突觸部位NE的動態(tài)

圖14-8　突觸部位NE的動態(tài)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的去甲腎上腺素能神經(jīng)元胞體集中在延腦和橋腦，其通路都已研究明確。但是NE在中樞究竟是抑制性還是興奮性的遞質(zhì)，目前尚不能肯定，可能隨部位不同而異。NE所引起的生理效應(yīng)也很難用簡單的術(shù)語“興奮”、“抑制”來表達。根據(jù)一些動物實驗觀察到，NE可引起動物嗜睡，體溫降低，出現(xiàn)攝食行為。有人認為，腦內(nèi)NE減少，可表現(xiàn)出精神抑郁；反之，過量可表現(xiàn)出狂躁?？傊?，腦內(nèi)NE的功能可能和體溫、攝食行為、鎮(zhèn)痛、心血管系統(tǒng)和精神狀態(tài)的調(diào)節(jié)有密切關(guān)系。

(三)多巴胺(DA)

在兒茶酚胺類遞質(zhì)的生物合成過程中，多巴胺是去甲腎上腺素的前體。體內(nèi)凡有NE的組織，其中必然也有DA。由于DA在中樞某些部位中濃度很高，而且它的分布又與NE不平行，所以一般認為它本身也是一種獨立的神經(jīng)遞質(zhì)。

腦內(nèi)多巴胺的作用是多方面的，它可能和軀體運動功能的加強，垂體內(nèi)分泌機能的加強以及精神活動的調(diào)節(jié)都有關(guān)系。

多巴胺能神經(jīng)末梢中的囊泡是貯存DA的場所。這種囊泡不同于NE囊泡，前者不含多巴胺β羥化酶，所以不致將DA羥化成NE。此外，在去甲腎上腺素能纖維中，NE囊泡對貯存物的要求是β位置上有羥基，而DA結(jié)構(gòu)上沒有β羥基。DA的貯存、釋放和酶促降解都和NE十分相似，而更新速度則較NE快。腦內(nèi)DA的代謝產(chǎn)物主要是3-甲氧基－4-羥基苯乙酸(homovanillic acid簡寫HVA，又名同型香草酸)

多巴胺(DA)