Synthese der Catecholamine [1]
Viele Catecholamine werden aus Tyrosin hergestellt
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende
Tyrosin ist eine der 20 bzw. 21 biogenen Aminosäuren und gehört wegen des Benzolringes zu den aromatischen Aminosäuren. Aus dieser Aminosäure werden nun einige bekannte Neurotransmitter aus der Klasse der Catecholamine hergestellt. Diese Klasse wurde nach dem Catechol benannt, das in all diesen Neurotransmitter als Grundgerüst vorkommt. "Catechol" ist eine etwas kürzere Bezeichnung für den Aromaten Brenzcatechin, einem Benzolring mit zwei OH-Gruppen an den Positionen 1 und 2.
Im ersten Schritt koppelt das Enzym Tyrosin-Hydroxylase eine Hydroxygruppe an den Benzolring, so dass das Catechol-Gerüst entsteht. Das Produkt dieses Schrittes ist L-3,4-Dihydroxyphenylalanin, auch als DOPA bekannt. DOPA ist noch kein Neurotransmitter, aber die Vorstufe für die Synthese von Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin.
Im zweiten Schritt wird von der DOPA-Decarboxylase die Carboxygruppe aus dem Aminosäure-Grundgerüst entfernt. Es entsteht Dopamin, ein wichtiger Neurotransmitter des ZNS, der überwiegend erregend wirkt.
Im nächsten Schritt hängt die Dopamin-beta-Hydroxylase eine OH-Gruppe an das C-Atom "über" dem Catechol-Gerüst, es entsteht der Neurotransmitter Noradrenalin, der auch als Stresshormon bekannt ist. Es erhöht den Blutdruck, indem es die Gefäße verengt.
Aus dem Noradrenalin wird schließlich von dem Enzym Phentolamin-N-Methyl-Transferase eine Methylgruppe an das N-Atom im Aminosäure-Gerüst gehängt. Es entsteht der Neurotransmitter / das Hormon Adrenalin, ebenfalls ein Stresshormon.
Dopaminerge Neurone [1,2]
Neurone, die den Neurotransmitter Dopamin ausschütten, werden als dopaminerge Neurone bezeichnet. Diese kommen vor allem im Mittelhirn vor, aber auch im Endhirn und im Zwischenhirn.
Dopaminerge Neurone enthalten die beiden ersten Enzyme, wie sie in der Abbildung 1 dargestellt sind, nämlich die Tyrosin-Hydroxylase sowie DOPA-Decarboxylase. Die Tyrosin-Hydroxylase spielt bei der Regulation des Dopamin-Levels eine Schlüsselrolle. Es liegt hier eine klassische Endprodukthemmung vor.
Regulation der Tyrosin-Hydroxylase
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende
Wenn das Neuron längere Zeit kein Dopamin mehr ausgeschüttet hat, steigt die Dopamin-Konzentration im synaptischen Endknöpfchen logischerweise an. Diese erhöhte Dopamin-Konzentration hemmt nun das erste Enzym der Kette, nämlich die Tyrosin-Hydroxylase. Gleichzeitig kann dieses Enzym durch einen erhöhten Spiegel an Ca2+-Ionen aktiviert werden. Dies ist immer der Fall, wenn viele Aktionspotenziale am synaptischen Endknöpfchen ankommen, wenn also viel Dopamin freigesetzt werden soll.
Die DOPA-Decarboxylase stellt dann den eigentlichen Neurotransmitter Dopamin her. Dieses Enzym kommt in einer recht hohen Konzentration in allen catecholaminergen Neuronen vor. Wenn also zu wenig Dopamin hergestellt wird, wie zum Beispiel bei der Parkinson-Krankheit, kann das nicht an einer zu geringen Enzymkonzentration liegen, sondern an einer zu niedrigen DOPA-Menge.
Bei der Parkinson-Krankheit degenerierten die dopaminergen Nervenzellen im Gehirn. Die ersten Symptome der Krankheit treten auf, wenn ca. 55 bis 60% der dopaminergen Zellen abgestorben sind [3]. Die überlebenden Neurone können dann nicht mehr genug Dopamin herstellen. Daher verabreicht man dann DOPA als Medikament, so dass die wenigen noch funktionierenden Neuronen genug Dopamin herstellen können [1].
Quellen:
- Bear, Connors, Paradiso: Neurowissenschaften, Springer-Verlag 2018
- Wikipedia, Artikel "Dopamin"
- Wikipedia, Artikel "Parkinson-Krankheit"