Struktur und Synthese von Adrenalin
Adrenalin gehört zur Gruppe der Katecholamine und stellt chemisch gesehen ein modifiziertes Tyrosin-Molekül dar. Es unterscheidet sich von der Ausgangsaminosäure durch folgende Modifikationen: Abspaltung der COOH-Gruppe, Anfügung von zwei Hydroxygruppen (–OH) am aromatischen Ring unter Bildung eines Katecholfragmentes sowie Hinzufügung einer Methylgruppe an die Aminogruppe der Seitenkette.
Die Synthese von Adrenalin erfolgt im Nebennierenmark (chromaffinen Zellen). Auslöser für seine Ausschüttung sind körperliche Belastung, emotionaler Stress und Hypoglykämie — Zustände, die eine rasche Mobilisierung von Energiesubstraten erfordern. Die Freisetzung des Hormons wird durch direkte Stimulation sympathischer präganglionärer Fasern vermittelt.
Signalübertragungsmechanismen
Adrenalin entfaltet seine Wirkung über membranständige, an G-Proteine gekoppelte Adrenozeptoren. Dabei kommen zwei Hauptsysteme von Second Messengers zum Einsatz:
- Adenylatzyklassesystem (cAMP) — wird bei Bindung an β-Rezeptoren (vorwiegend β2) aktiviert. Die Ligandenbindung bewirkt den Austausch von BIP gegen GTP an der α-Subreinheit des G-Proteins, die Aktivierung der Adenylatzyklase, die Umwandlung von ATP in cAMP sowie die Aktivierung der Proteinkinase A (PKA).
- Inositolphosphat-System (IP3/DAG) — wird bei Stimulation von α1-Adrenozeptoren aktiviert und führt zur Mobilisierung von intrazellulärem Calcium.
Wirkung in der Leber: Glykogenolyse
In der Leber triggert Adrenalin den Glykogenabbau über eine Phosphorylierungskaskade. Nach Aktivierung der PKA phosphoryliert das Enzym:
- Phosphorylasekinase und überführt sie in die aktive Form;
- Glykogensynthase, wodurch diese inaktiviert und die Glykogensynthese blockiert wird.
Die aktive Phosphorylasekinase ihrerseits phosphoryliert Glykogenphosphorylase b und wandelt sie in die aktive Glykogenphosphorylase a um. Dieses Enzym katalysiert den phosphorolytischen Abbau von Glykogen unter Bildung von Glucose-1-phosphat, welches anschließend zur Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels dient.
Wirkung im Fettgewebe: Lipolyse
In Adipozyten aktiviert Adrenalin die Lipolyse über dasselbe Adenylatzyklassesystem. Die aktivierte PKA phosphoryliert die hormonsensitive Lipase (HSL) und überführt sie in die aktive Form. Das Enzym hydrolysiert nacheinander:
- Triacylglycerol → Diacylglycerol + Fettsäure;
- Diacylglycerol → Monoacylglycerol + Fettsäure;
- Monoacylglycerol → Glycerol + Fettsäure.
Die freigesetzten freien Fettsäuren binden an Plasmaalbumin und werden zur Leber transportiert, wo sie als Substrat für die β-Oxidation dienen. Somit ist die gesteigerte Rate der β-Oxidation in der Leber unter Adrenalineinfluss ein indirekter Effekt — vermittelt über die Mobilisierung von Fett aus den Speichern.
Wirkung in der Skelettmuskulatur
In der Skelettmuskulatur aktiviert Adrenalin die Glykogenolyse über denselben Mechanismus wie in der Leber: cAMP → PKA → Phosphorylasekinase → Glykogenphosphorylase. Das entstehende Glucose-6-phosphat kann den Myozyten jedoch nicht verlassen (es fehlt Glucose-6-Phosphatase) und wird lokal für die Glykolyse und die Bereitstellung von Energie für die Muskelkontraktion genutzt.
Regulation des cAMP-Spiegels und die Rolle von Phosphodiesterasehemmern
Der cAMP-Spiegel in der Zelle wird durch das Enzym Phosphodiesterase kontrolliert, welches cAMP in AMP umwandelt und somit die PKA-Aktivierung beendet. Bestimmte Substanzen, insbesondere Koffein und Theophyllin, inhibieren die Phosphodiesterase. Dies führt zu einer Anhäufung von cAMP, einer Verlängerung der PKA-Aktivierung sowie einer Verstärkung von Lipolyse und Glykogenolyse. Genau auf diesen Mechanismus ist die tonisierende und stimulierende Wirkung koffein- und methylxanthinhaltiger Getränke zurückzuführen.
Schlüsselpunkte
- Adrenalin ist ein Katecholamin, ein Tyrosinderivat, das im Nebennierenmark synthetisiert wird.
- Auslöser der Sekretion sind Stress, körperliche Belastung und Hypoglykämie.
- Wirkt über α- und β-Adrenozeptoren, die an cAMP- und IP3-Systeme gekoppelt sind.
- Aktiviert in der Leber die Glykogenolyse über die Kaskade PKA → Phosphorylasekinase → Glykogenphosphorylase.
- Aktiviert im Fettgewebe die hormonsensitive Lipase und triggert die Lipolyse.
- Freigesetzte Fettsäuren werden durch Albumin transportiert und in der Leber der β-Oxidation unterzogen.
- Verstärkt in der Skelettmuskulatur die Glykogenolyse zur lokalen Energiebereitstellung.
- Koffein und Theophyllin potenzieren die Adrenalinwirkungen durch Hemmung der Phosphodiesterase.