카테콜아민

카테콜아민(catecholamine)은 하나의 아민 작용기가 있는 수용성 화합물이다. 신경전달물질이며 노르에피네프린과 에피네프린은 호르몬으로 작용하여 혈압의 변화에 관여한다. 화학구조적으로 카테콜(catechol, C₆H₄(OH)₂) 골격을 공통적으로 갖고 에틸(ethyl) 곁가지 사슬의 말단에 아민(amine)기가 있어 '카테콜아민'이라 불린다.¹⁾

카테콜아민에는 도파민(DA, dopamine), 노르에피네프린(NE, norepinephrine, 노르아드레날린(noradrenaline)), 에피네프린(EPI, epinephrine, 아드레날린(adrenaline)) 등이 있다. 

카테콜과 카테콜아민 (출처: 대한화학회)

목차

카테콜아민 호르몬은 타이로신(tyrosine)으로부터 생합성된다. 먼저 L-페닐알라닌(L-phenyl alanine)이 페닐알라닌 수산화효소(phenylalanine hydroxylase, PH)에 의하여 L-타이로신(L-tyrosine)으로 바뀐다. 카테콜아민을 분비하는 신경세포 또는 신경내분비세포는 이렇게 합성된 L-타이로신을 타이로신 수산화효소(tyrosine hydroxylase, TH)에 의해 수산화 반응으로 L-도파(DOPA, L-dihydroxyphenylalanine)로 전환시킨다.

L-도파는 도파민(dopamine)의 전구체로, L-아미노산 카복실기이탈효소(L-amino acid decarboxylase, AAD)에 의해 도파민으로 바뀐다. 도파민은 도파민 β-하이드록시화효소(dopamine β-hydroxylase)에 의해 노르에피네프린으로 전환되고, 이것이 phenylethanolamine N-methyltransferase(PNMT)에 의해 에피네프린으로 합성된다.²⁾ 인지질 이중층(phospholipid bilayer)으로 이루어진 분비소포(secretory vesicles)에 둘러 싸여 고농도로 저장되고, 세포외 유출(exocytosis)을 통해 표적 세포 바깥으로 분비된다. 표적 세포 밖에서 세포막에 있는 수용체(receptor)에 결합하면 세포 내 이차전령(second messenger)을 생산한다. 대부분의 각성제들은 카테콜아민과 화학적으로 유사하다.

카테콜아민 생합성 (출처: 대한화학회)

뇌와 신경 조직에서 생성되어 신경전달물질(neurotransmitters)로 기능한다. 노르에피네프린과 에피네프린은 호르몬으로 부신(adrenal glands)에서 합성되고 분비된다. 노르에피네프린(norepinephrine)은 부신속질만이 아니라 교감신경의 신경절후신경에서도 방출되지만 에피네프린(epinephrine)은 부신속질에서만 분비된다.

에피네프린, 노르에피네프린의 작용은 효과기 쪽에 존재하는 수용체의 성질에 따라 달라진다. 수용체(receptor)에는 α–수용체와 β–수용체의 2종류가 있다. 그들의 분포 형태는 장기의 종류에 따라서도 다르기 때문에 그 작용도 장기에 따라 차이가 있다.

스트레스를 받으면 카테콜아민 분비가 촉진되고 두피의 혈액 순환이 잘 되지 않아 모근의 신경 말단부에서 멜라닌 세포 형성을 억제하거나 파괴되어 흰 머리도 나게 된다. 청소년기에 스트레스로 의한 카테콜아민의 증가는 학습이나 기억에 관계되는 중추인 해마(hippocampus)의 정상적인 발육에 영향을 줄 수 있고 나중에 장애를 일으킬 수 있으며 인지 능력이 감소된다.

카테콜은 산화되기 쉬운 구조체이다. 이를 이용하여 전류법(amperometry)이라는 전기화학적 방법으로 카테콜아민 분비세포에서 카테콜아민의 분비량을 실시간으로 측정할 수 있다. 혈중 카테콜아민은 혈액 표본을 이용해서 측정하게 되며 에피네프린의 반감기는 1~3분으로 매우 짧다. 혈중 카테콜아민 측정치는 즉각적이고 예민하여 급성 스트레스를 측정하는 데 용이하다.

카테콜아민은 몇 가지 효소가 작용하는 생체 내 다단계의 이화작용(catabolism)을 통하여 최종적으로 노르에피네프린과 에피네프린은 바닐릴만델산(vanillylmandelic acid, VMA)으로, 도파민은 호모발린산(homovanillic acid, HVA)으로 전환된다.³⁾

카테콜아민 대사물 (출처: 대한화학회)

1. Fitzgerald, P. A. (2011). 'Chapter 11. Adrenal Medulla and Paraganglia'. In Gardner, D. G.; Shoback, D. (eds.).Greenspan's Basic & Clinical Endocrinology (9th ed.). New York: McGraw-Hill. RetrievedOctober 26,2011.
2. Joh, T. H.; Hwang, O. (1987). 'Dopamine Beta-Hydroxylase: Biochemistry and Molecular Biology'.Annals of the New York Academy of Sciences.493: 342–350.
3. Eisenhofer, G.; Kopin, I. J.; Goldstein, D. S. (2004). 'Catecholamine metabolism: a contemporary view with implications for physiology and medicine'. Pharmacological Reviews. 3(56): 331–349.