Kofeina i receptor adenozynowy

Opis

Receptor adenozynowy (ang. adenosine receptor) to białko, do którego przyłącza się adenozyna, cząsteczka obecna w płynie między komórkami mózgu; tkwi ono w błonie neuronu albo komórki glejowej. Kofeina (ang. caffeine) to cząsteczka, która przyłącza się do tego samego receptora i go blokuje. Według podręcznika psychologii OpenStax (Spielman i in. 2020) przekaźnik (ang. neurotransmitter), cząsteczka wydzielana przez neuron, pasuje do swojego receptora jak klucz do zamka i przyłącza się do każdego receptora, do którego pasuje. Podręcznik podaje też, że cząsteczka, która w receptorze naśladuje przekaźnik, to agonista (ang. agonist), a cząsteczka, która zajmuje receptor i blokuje w nim działanie przekaźnika, to antagonista (ang. antagonist). Adenozyna uruchamia swoje receptory, a kofeina to ich antagonista. Blokowanie działania adenozyny na jej receptorach to jedyne znane działanie kofeiny, które wyraźnie wywołują dawki przyjmowane w zwykłym piciu kawy (Fredholm i in. 1999).

Adenozyna powstaje w komórce z rozpadu ATP (adenozynotrójfosforanu), a tempo rozpadu i odtwarzania ATP zależy od tego, ile energii komórka zużywa, więc według autorów stężenie adenozyny poza komórkami powinno rosnąć, ilekroć ATP ubywa szybciej, niż komórka go odtwarza (Fredholm i in. 1999). Jak podają ci sami autorzy, adenozyna uruchamia receptory adenozynowe typu A1 i A2A już przy niskich stężeniach zmierzonych w mózgu szczura w spoczynku, więc to one są prawdopodobnie głównymi celami kofeiny. Oba typy, jak piszą, są sprzężone z białkiem G. Według podręcznika anatomii i fizjologii OpenStax (Betts i in. 2022) receptor sprzężony z białkiem G to receptor metabotropowy (ang. metabotropic receptor): przyłączona cząsteczka uruchamia w komórce łańcuch reakcji, który otwiera albo zamyka kanały jonowe. Według Fredholma i współpracowników adenozyna przez receptory A1 otwiera kanały potasowe i obniża częstość potencjałów czynnościowych (ang. action potentials), skoków napięcia przesuwających się wzdłuż aksonu, a to hamowanie wydaje się powszechne w ośrodkowym układzie nerwowym.

U kotów poruszających się swobodnie mikrodializa, czyli pobieranie płynu spomiędzy komórek przez cienką sondę wprowadzoną do tkanki, pokazała w podstawnej części przodomózgowia, że stężenie adenozyny poza komórkami rośnie w czuwaniu, rośnie dalej, gdy czuwanie się przedłuża, a w śnie po nim powoli spada (Porkka-Heiskanen i in. 1997). Autorzy podnieśli też stężenie adenozyny poza komórkami, podając przez sondę substancję hamującą transport adenozyny przez błonę komórek. Ta substancja, podana w obszarze neuronów cholinergicznych, czyli neuronów wydzielających acetylocholinę, ułożyła sen i czuwanie kotów tak jak po przedłużonym czuwaniu, ale podana w obszarze kontrolnym, poza tymi neuronami, już nie. Według autorów adenozyna hamuje te neurony w preparacie poza organizmem.

Już po jednej filiżance kawy stężenie kofeiny wystarcza, by wyraźnie zablokować działanie adenozyny na receptorach A2A, na które kofeina działa najsilniej, oraz na receptorach A1, a do pozostałych działań kofeiny, zestawionych przez autorów na jednym wykresie z tą blokadą, potrzeba stężeń od 20 do 100 razy wyższych (Fredholm i in. 1999). Kofeina zdejmuje więc z neuronów i komórek glejowych stały wpływ adenozyny, tak zwany tonus adenozynowy (Ribeiro i Sebastião 2010).

Kofeina w dawkach 5, 10 i 15 mg na kilogram masy ciała wydłużała czuwanie u myszy zwykłych i u myszy pozbawionych receptorów A1, ale u myszy pozbawionych receptorów A2A czuwania nie wydłużała, więc czuwanie po kofeinie zależy u myszy od receptorów A2A (Huang i in. 2005). Hamowanie neuronów przez adenozynę idzie natomiast przez receptory A1. Lazarus i współpracownicy (2011) wskazali u myszy i szczurów receptory A2A w powłoce jądra półleżącego (ang. nucleus accumbens), części jąder podstawy (ang. basal ganglia), jako te, przez które kofeina podtrzymuje czuwanie, a u szczurów kofeina dalej podtrzymywała czuwanie, gdy autorzy usunęli receptory A2A z rdzenia tego jądra albo z innych obszarów jąder podstawy. W prążkowiu (ang. striatum) receptory A2A tworzą wspólny kompleks z receptorami dopaminowymi D2 na neuronach drogi pośredniej jąder podstawy, która według autorów pośredniczy w powstrzymywaniu reakcji („NoGo”) na bodźce nienagradzane albo przykre (Ferré i in. 2018). Według modelu autorów adenozyna i dopamina razem ustalają przez ten kompleks pobudliwość tych neuronów, a model może wyjaśnić psychostymulujące działanie kofeiny.

Kiedy po nieprzespanej nocy pijesz kawę, adenozyny w Twoim mózgu jest prawdopodobnie dużo, a kofeina zajmuje część jej receptorów, więc Twoje neurony wysyłają potencjały czynnościowe tak, jakby adenozyny było mniej, niż jest. Z bioinformacji niesionej przez te potencjały kształtują się Twoje Modele Mentalne własnego zmęczenia i polegasz na nich, siadając znów do nauki. Ale Twoje komórki wciąż zużywają energię, więc adenozyny prawdopodobnie przybywa.

Sieć mózgowa

Adenozyna i kofeina działają na neurony i komórki glejowe we wszystkich obszarach mózgu (Ribeiro i Sebastião 2010).

Materiały

Linkują tutaj

Na zajęciach