Biochemische und pharmakologische Eigenschaften biogener Amine

2.3 Biosynthese und Funktionen

Biogene Amine entstehen im Allgemeinen durch Decarboxylierung freier Aminosäuren mit mikrobiellen Enzymen. Die Decarboxylierung von Aminosäuren erfolgt durch Abspaltung der α-Carboxylgruppe. Sie kommen wie folgt vor: Histamin aus Histidin-Aminosäure, Tyramin aus Tyrosin-Aminosäure, Tryptamin und Serotonin aus Tryptophan-Aminosäure, Phenylethylamin aus Phenylalanin-Aminosäure, Putrescin aus Ornithin-Aminosäure, Cadaverin aus Lysin-Aminosäure und Agmatin aus Arginin-Aminosäure (Abbildung 3) .

Biogene Amine spielen eine wesentliche Rolle bei der Stabilisierung der Zellmembran, der Immunfunktion und der Prävention chronischer Krankheiten, da sie an der Nukleinsäure- und Proteinsynthese beteiligt sind. Außerdem sind sie Verbindungen, die bei der Wachstumsregulierung (Spermin, Spermidin und Kadaverin), der neuronalen Übertragung (Serotonin) und als Entzündungsmediatoren (Histamin und Tyramin) entstehen.

Histamin, ein Standardbestandteil des Körpers, besteht aus der Aminosäure Histidin, die durch die Aktivität der Histidindecarboxylase in Abhängigkeit von Pyridoxalphosphat entsteht (Abbildung 3). Die Verteilung und Konzentration von Histamin in den Geweben aller Wirbeltiere ist sehr unregelmäßig. Histamin übernimmt einige Funktionen im Zusammenhang mit dem Ausgleich der Körpertemperatur und der Regulierung des Magenvolumens, des Magen-pH-Wertes und der zerebralen Aktivitäten, da es an wesentlichen Funktionen wie der Neurotransmission und der Gefäßpermeabilität beteiligt ist. Es spielt jedoch auch eine Rolle bei der Auslösung allergischer Reaktionen.

Tryptamin besteht aus der Aminosäure Tryptophan, die durch die Aktivität der aromatischen L-Aminosäure-Decarboxylase entsteht (Abbildung 3). Tryptamin ist ein Monoamin-Alkaloid, das in Pflanzen, Pilzen und Tieren vorkommt. Tryptamin, das in Spuren im Gehirn von Säugetieren vorkommt, erhöht den Blutdruck und spielt eine Rolle als Neurotransmitter oder Neuromodulator.

Die Aminosäure Phenylalanin synthetisiert Phenylethylamin durch die aromatische L-Aminosäure-Decarboxylase im Menschen, einigen Pilzen und Bakterien sowie mehreren Pflanzen und Tierarten (Abbildung 3). Es fungiert als Neurotransmitter im menschlichen Zentralnervensystem.

Tyramin, das durch die Tyrosindecarboxylase-Aktivität aus der Aminosäure Tyrosin entsteht, wird im Allgemeinen in geringen Mengen gefunden (Abbildung 3). Tyramin führt zu verschiedenen physiologischen Reaktionen wie Blutdruckanstieg, Gefäßverengung, tyraminaktive Noradrenalinausschüttung usw., da das sympathische Nervensystem verschiedene Körperfunktionen steuert. Tyramin, das in den Neuronen gespeichert ist, bewirkt die Zunahme der Tränen-, Speichel- und Atemtätigkeit sowie der Mydriasis.

Tryptophan synthetisiert Serotonin als Ergebnis der Enzymaktivitäten der Tryptophanhydroxylase und der aromatischen L-Aminosäure-Decarboxylase (Abbildung 3) . Serotonin, einer der wichtigsten Neurotransmitter des zentralen Nervensystems, spielt eine Rolle bei vielen kritischen physiologischen Mechanismen wie Schlaf, Stimmungsstörungen, Appetitregulierung, Sexualverhalten, Regulierung des zerebralen Blutflusses und Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke.

Putrescin besteht aus der Aminosäure Ornithin als Ergebnis der Ornithin-Decarboxylase-Aktivität. Außerdem kann es von Arginin über Agmatin und Carbamoylputrescin synthetisiert werden (Abbildung 3). Putrescin, das von Bakterien und Pilzen produziert wird, trägt zum Zellwachstum, zur Zellteilung und zur Tumorentstehung bei, da es die Vorstufe von Spermidin und Spermin ist.

Cadaverin, das von Lysin durch die Aktivität des Enzyms Lysindecarboxylase synthetisiert wird, ist für die Bildung von Diamin und Polyamin verantwortlich (Abbildung 3).

Spermidin-Synthase katalysiert die Bildung von Spermidin aus Putrescin (Abbildung 3) . Spermidin ist ein Vorläufer von anderen Polyaminen wie Spermin und dem Strukturisomer Thermospermin . Spermidin reguliert mehrere wichtige biologische Prozesse (Na+-K+ ATPaz), schützt das Membranpotential und kontrolliert den intrazellulären pH-Wert und das Volumen. Außerdem spielt Spermidin, ein im Zellstoffwechsel vorkommendes Polyamin, eine Rolle bei der Hemmung der neuronalen Stickoxid-Synthase und der Entwicklung des Darmgewebes.

Spermin, dessen Vorläufer-Aminosäure Ornithin ist, wird durch das Enzym Sperminsynthase aus Spermidin gebildet (Abbildung 3) . Spermin kommt in mehreren Organismen und Geweben vor, da es ein Polyamin ist, das in allen eukaryontischen Zellen vorkommt und eine Rolle im Zellstoffwechsel spielt. Es spielt eine Rolle bei der Entwicklung des Darmgewebes und stabilisiert die Helixstruktur in Viren.

Agmatin ist ein biogenes Amin, das durch die Aktivität des Enzyms Arginin-Decarboxylase aus der Aminosäure Arginin gebildet wird (Abbildung 3). Agmatin nimmt am Polyamin-Stoffwechsel über das durch das Agmatin-Enzym hydrolysierte Putrescin teil und hat mehrere Funktionen wie die Regulierung der Stickoxid-Synthese, des Polyamin-Stoffwechsels und der Matrix-Metalloproteinase und Enzymaktivität, die zur H2O2-Produktion führt.