Dopamina

Generalità

La dopamina è un importante neurotrasmettitore della famiglia delle catecolamine, con una funzione di controllo su: il movimento, la cosiddetta memoria di lavoro, la sensazione di piacere, la ricompensa, la produzione di prolattina, i meccanismi di regolazione del sonno, alcune facoltà cognitive e la capacità di attenzione.
DopaminaNel corpo umano, la produzione di dopamina spetta, principalmente, ai cosiddetti neuroni dell'area dopaminergica e, in misura minore, alla porzione midollare delle ghiandole surrenali (o surreni).
L'area dopaminergica comprende svariate sedi dell'encefalo, tra cui la pars compacta della substantia nigra e l'area tegmentale ventrale del mesencefalo.
Livelli anomali di dopamina sono responsabili di diverse condizioni patologiche. Una di queste condizioni patologiche è il noto morbo di Parkinson.

Cos'è la dopamina?

La dopamina è una molecola organica, appartenente alla famiglia delle catecolamine, che nell'encefalo di esseri umani e altri animali ricopre l'importante ruolo di neurotrasmettitore.
La dopamina è anche la molecola precursore da cui le cellule, per mezzo di specifici processi, ricavano altri due neurotrasmettitori della famiglia delle catecolamine: la norepinefrina (o noradrenalina) e l'epinefrina (o adrenalina).

COSA SONO I NEUROTRASMETTITORI?

I neurotrasmettitori sono sostanze chimiche che consentono alle cellule del sistema nervoso, i cosiddetti neuroni, di comunicare tra loro.
Nei neuroni, i neurotrasmettitori risiedono all'interno di piccole vescicole; le vescicole sono paragonabili a delle sacche, delimitate da un doppio strato di fosfolipidi, del tutto simile a quello della membrana citoplasmatica di una generica cellula eucariote sana.
All'interno delle vescicole, i neurotrasmettitori rimangono per così dire inerti, fino a quando, nei neuroni in cui risiedono, non sopraggiunge un impulso nervoso.
Gli impulsi nervosi, infatti, stimolano il rilascio delle vescicole da parte dei neuroni che le contengono.
Con il rilascio delle vescicole, i neurotrasmettitori fuoriescono dalle cellule nervose, occupano il cosiddetto spazio sinaptico (che è un particolare spazio tra due neuroni molto vicini) e vanno a interagire con i neuroni limitrofi, per la precisione con i recettori di membrana dei suddetti neuroni. L'interazione dei neurotrasmettitori con i neuroni posti nelle immediate vicinanze tramuta l'impulso nervoso iniziale in una risposta cellulare ben specifica, che dipende dal tipo di neurotrasmettitore e dal tipo di recettori presenti sui neuroni coinvolti.
In parole più semplici, i neurotrasmettitori sono messaggeri chimici, che gli impulsi nervosi rilasciano per indurre un certo meccanismo cellulare.
Oltre alla dopamina e ai suoi derivati, norepinefrina ed epinefrina, altri importanti neurotrasmettitori dell'essere umano sono: la glicina, la serotonina, la melatonina, l'acido gamma-amminobutirrico (GABA) e la vasopressina.

NOME CHIMICO DELLA DOPAMINA

Il nome chimico della dopamina è 4-(2-amminoetil)benzene-1,2-diolo.

STORIA DELLA DOPAMINA

Curiosamente, la dopamina è un neurotrasmettitore che i ricercatori hanno dapprima sintetizzato in laboratorio e poi ritrovato nei tessuti encefalici dell'essere umano.
Datato 1910, il merito della sintesi in laboratorio della dopamina spetta a George Barger e James Ewens, due chimici inglesi della compagnia Wellcome di Londra.
A scoprire, invece, che la dopamina è una molecola naturalmente presente all'interno dell'encefalo fu la ricercatrice inglese Kathleen Montagu, nel 1957, presso i laboratori del Runwell Hospital di Londra.
Trascorso un anno dalla scoperta della dopamina nei tessuti encefalici, quindi nel 1958, gli scienziati Arvid Carlsson e Nils-Ake Hillarp, dipendenti dei Laboratori di Farmacologia Chimica dell'Istituto Nazionale Cuore di Svezia, individuarono e descrissero per la prima volta il ruolo di neurotrasmettitore, ricoperto dalla dopamina.
Per questo suo importante ritrovamento e per aver stabilito che la dopamina non è soltanto un precursore di norepinefrina ed epinefrina, Carlsson ricevette anche il premio Nobel in Fisiologia o Medicina.

DA DOVE DERIVA IL NOME DOPAMINA?

La comunità scientifica adottò il termine "dopamina", perché la molecola precursore, da cui George Barger e James Ewens sintetizzarono la dopamina, era il cosiddetto L-DOPA.

Struttura chimica

Come affermato, la dopamina è una catecolamina.
Le catecolamine sono molecole organiche, in cui è ricorrente la presenza di un anello benzenico unito a due gruppi ossidrilici OH. Questo anello benzenico unito a due gruppi ossidrilici OH presenta formula chimica C6H3(OH)2.
Nel caso della dopamina, tale sostanza consiste nell'unione tra l'anello benzenico con i due gruppi ossidrilici, tipico delle catecolamine, e un gruppo etilamminico.
Un gruppo etilamminico è un composto organico a cui partecipano due atomi di carbonio e uno di azoto, e che ha la seguente formula chimica: CH2-CH2-NH2.
Alla luce delle due formule chimiche sopra riportate, ovverosia quella del gruppo benzenico con i due gruppi OH e quella del gruppo etilamminico, la formula chimica finale della dopamina è: C6H3(OH)2-CH2-CH2-NH2.
Le figure sottostanti riportano la struttura chimica di una generica catecolamina, un gruppo ossidrile, un gruppo etilamminico, la dopamina e l'L-DOPA.


Dopamina Gruppo Etilamminico

Figura: a differenza della dopamina, l'L-DOPA presenta un gruppo carbossilico, legato a uno dei due atomi di carbonio del gruppo etilamminico. Un gruppo carbossilico – la cui formula chimica è COOH – è il risultato dell'unione di un carbonio con un atomo di ossigeno e un gruppo ossidrilico.

PROPRIETÀ CHIMICHE

Come molte molecole costituite da un gruppo etilamminico, la dopamina è una base organica.
Ciò implica che, in un ambiente acido, è generalmente in forma protonata; mentre, in un ambiente basico, è solitamente in forma non-protonata.

Sintesi: come e dove avviene?

La via di sintesi naturale (o biosintesi) della dopamina comprende quattro passaggi fondamentali e comincia a partire dall'aminoacido L-fenilalanina.
In modo semplice e schematico, la biosintesi della dopamina è così riassumibile:

L-fenilalanina ⇒ L-tirosina ⇒ L-DOPA ⇒ dopamina

La conversione dell'L-fenilalanina in L-tirosina e la conversione dell'L-tirosina in L-DOPA consistono in due reazioni di idrossilazione. In chimica, una reazione di idrossilazione è una reazione al termine della quale una molecola acquisisce un gruppo ossidrilico OH.
La prima reazione di idrossilazione, ossia L-fenilalanina ⇒ L-tirosina, avviene grazie all'intervento di un enzima noto come fenilalanina idrossilasi.
La reazione L-tirosina ⇒ L-DOPA, invece, ha luogo per merito dell'intervento di un enzima conosciuto come tirosina idrossilasi.
Il passaggio finale, quello che dall'L-DOPA origina la dopamina, è una reazione di decarbossilazione.
In ambito chimico, una reazione di decarbossilazione corrisponde a un processo al termine del quale una tal molecola perde uno o più gruppi carbossilici COOH.
A provvedere alla reazione di decarbossilazione che dà origine all'L-DOPA è un enzima chiamato L-aminoacido decarbossilasi (o DOPA decarbossilasi).

SEDE DI SINTESI DELLA DOPAMINA

Nel corpo umano, la biosintesi della dopamina spetta, principalmente, ai cosiddetti neuroni dell'area dopaminergica e, in misura minore, alla porzione midollare delle ghiandole surrenali (o surreni).
I neuroni dell'area dopaminergica, o neuroni dopaminergici, sono cellule nervose dislocate in:

  • Substantia nigra, precisamente nella cosiddetta Pars compacta della substantia nigra. La substantia nigra (o sostanza nera) prende posto nel mesencefalo, ossia una delle tre regioni principali che costituiscono il tronco encefalico.
    Pur facendo parte del tronco encefalico, la sostanza nera agisce sotto la guida dei nuclei della base (o gangli della base) del telencefalo; il telencefalo è il cervello.
    Secondo vari studi scientifici, la pars compacta della substantia nigra è la principale sede di sintesi della dopamina, presente nel corpo umano.
  • Area tegmentale ventrale. Situata anch'essa a livello del mesencefalo, l'area tegmentale ventrale possiede neuroni dopaminergici, i cui prolungamenti raggiungono diverse aree nervose, tra cui: il nucleo accumbens, la corteccia prefrontale, l'amigdala e l'ippocampo.
  • Ipotalamo posteriore. I prolungamenti dei neuroni dopaminergici dell'ipotalamo posteriore raggiungono il midollo spinale.
  • Nucleo arcuato dell'ipotalamo e nucleo paraventricolare dell'ipotalamo. I neuroni dopaminergici di queste due aree possiedono dei prolungamenti che raggiungono l'ipofisi. In questa sede, gli stessi hanno il compito di influenzare la produzione di prolattina.
  • Zona incerta del subtalamo.

DEGRADAZIONE

La degradazione naturale della dopamina in metaboliti inattivi può avvenire in due modi distinti e coinvolge tre enzimi:

  • la monoammino ossidasi (o MAO),
  • la catecol-O-metiltransferasi (COMT)
  • l'aldeide deidrogenasi.

Entrambe le modalità di degradazione naturale della dopamina portano alla formazione di una sostanza, nota come acido omovanilico (HVA).


Dopamina Biodegradazione

Figura: le due possibili modalità di biodegradazione della dopamina. Da: wikipedia.org

Funzioni

La dopamina svolge numerose funzioni, sia a livello del sistema nervoso centrale, sia a livello del sistema nervoso periferico.
Per quanto concerne il sistema nervoso centrale, la dopamina è un neurotrasmettitore che partecipa a:

  • Il controllo del movimento
  • Il meccanismo di secrezione dell'ormone prolattina
  • Il controllo delle capacità di memoria
  • I meccanismi di ricompensa e piacere
  • Il controllo delle capacità di attenzione
  • Il controllo di alcuni aspetti del comportamento e di alcune funzioni cognitive
  • Il meccanismo del sonno
  • Il controllo dell'umore
  • I meccanismi alla base dell'apprendimento

Per quanto riguarda invece il sistema nervoso periferico, la dopamina agisce:

RECETTORI DOPAMINERGICI

Dopo il suo rilascio nello spazio sinaptico, la dopamina esercita i propri effetti interagendo con i cosiddetti recettori dopaminergici, presenti sulla membrana di differenti cellule nervose.
Nei mammiferi - quindi anche nell'uomo - esistono 5 sottotipi diversi di recettori dopaminergici. I nomi di questi 5 sottotipi recettoriali sono molto semplici: D1, D2, D3, D4 e D5.
La risposta prodotta dalla dopamina dipende dal sottotipo di recettore dopaminergico, con cui la stessa dopamina interagisce.
In altre parole, gli effetti cellulari della dopamina variano a seconda del recettore dopaminergico coinvolto nell'interazione.


Nell'encefalo, la densità di distribuzione dei recettori dopaminergici varia da area encefalica ad area encefalica. Detto in altro modo, ogni area dell'encefalo ha una propria quantità di recettori dopaminergici.
I biologi ritengono che questa differente densità di distribuzione recettoriale dipenda dalle funzioni che le aree encefaliche devono ricoprire.

DOPAMINA E MOVIMENTO

Le capacità motorie dell'essere umano (correttezza dei movimenti, rapidità dei movimenti ecc.) dipendono dalla dopamina che la substantia nigra rilascia sotto l'azione dei gangli della base.
Infatti, se la dopamina rilasciata dalla substantia nigra è inferiore al normale, i movimenti diventano più lenti e scoordinati. Viceversa, se la dopamina è quantitativamente superiore al normale, il corpo umano comincia a eseguire movimenti non necessari, molto simili a dei tic.
Quindi, la fine regolazione del rilascio di dopamina, da parte della substantia nigra, è fondamentale affinché l'essere umano si muova correttamente, eseguendo gesti coordinati e alla giusta velocità.

DOPAMINA E RILASCIO DI PROLATTINA

La dopamina con origine nei neuroni dopaminergici del nucleo arcuato e del nucleo paraventricolare inibisce la secrezione dell'ormone prolattina, da parte delle cellule lattotrope dell'ipofisi.
Com'è facilmente intuibile, l'assenza o la ridotta presenza di dopamina proveniente dai suddetti distretti implica una maggiore attività delle cellule lattotrope ipofisarie, quindi una maggiore produzione di prolattina.
La dopamina che inibisce la secrezione di prolattina prende il nome alternativo di “fattore inibente la prolattina” (PIF).
Per sapere quali sono gli effetti della prolattina, i lettori possono cliccare qui.

DOPAMINA E MEMORIA

Diverse ricerche scientifiche hanno dimostrato che adeguati livelli di dopamina nella corteccia prefrontale migliorano la cosiddetta memoria di lavoro.
Per definizione, la memoria di lavoro è “un sistema per il mantenimento temporaneo e per la manipolazione dell'informazione durante l'esecuzione di differenti compiti cognitivi, come la comprensione, l'apprendimento e il ragionamento”.
Se i livelli di dopamina con origine nella corteccia prefrontale diminuiscono o aumentano, la memoria di lavoro comincia a risentirne.

DOPAMINA, PIACERE E RICOMPENSA

La dopamina è un mediatore del piacere e della ricompensa.
Infatti, secondo attendibili studi, l'encefalo dell'essere umano rilascerebbe dopamina quando “vive” circostanze o attività gradite, come per esempio un pasto a base di buon cibo o una soddisfacente attività sessuale.
I neuroni dell'area dopaminergica maggiormente coinvolti nei meccanismi di ricompensa e piacere sono quelli del nucleo accumbens e della corteccia prefrontale.

DOPAMINA E ATTENZIONE

La dopamina con origine nella corteccia prefrontale è di supporto alle capacità di attenzione.
Interessanti ricerche hanno evidenziato che concentrazioni ridotte di dopamina nella corteccia prefrontale sono spesso associate a una condizione nota come sindrome da deficit di attenzione e iperattività.

DOPAMINA E FUNZIONI COGNITIVE

Il legame tra dopamina e abilità cognitive è evidente in tutte le condizioni morbose caratterizzate da un'alterazione dei neuroni dopaminergici della corteccia prefrontale.
Nelle suddette condizioni morbose, infatti, potrebbero risultare pregiudicate - oltre alle già citate facoltà di attenzione e la memoria di lavoro - anche le funzioni neurocognitive, le capacità di problem-solving ecc.

Patologie

La dopamina gioca un ruolo centrale in diverse condizioni mediche, tra cui: il morbo di Parkinson, la sindrome da deficit di attenzione e iperattività (ADHD), la schizofrenia/psicosi e la dipendenza da alcune droghe e da alcuni farmaci.
Inoltre, secondo alcuni studi scientifici, sarebbe responsabile delle sensazioni dolorose che caratterizzano alcuni stati morbosi (fibromialgia, sindrome delle gambe senza riposo, sindrome della bocca urente) e della nausea associata al vomito.


Dopamina e dipendenza

Droghe

Farmaci

Per approfondire:

Curiosità e altre informazioni

A complemento di quanto finora detto, ecco alcune informazioni aggiuntive in merito alla dopamina:

  • La conversione della dopamina in noradrenalina è una reazione di idrossilazione, a cui provvede l'enzima noto come dopamina beta-idrossilasi.
    La conversione della dopamina in adrenalina, invece, è una reazione che ha luogo per l'intervento dell'enzima conosciuto con il nome di feniletanolammina N-metiltransferasi.
  • Studi recenti hanno dimostrato che anche la retina oculare ospiterebbe alcuni neuroni dopaminergici.
    Queste cellule nervose hanno la particolarità di essere attive durante le ore di luce e di silenziarsi durante le ore di buio.
  • I recettori dopaminergici più presenti nel sistema nervoso umano sono i recettori D1, seguiti subito dopo dai recettori D2.
    Se confrontati con i sottotipi D1 e D2, i recettori D3, D4 e D5 sono presenti a livelli decisamente più bassi.
  • Secondo gli esperti, tra le circostanze che favoriscono il rilascio della dopamina del piacere e della ricompensa rientrerebbe anche l'abuso di sostanze stupefacenti.
    Sembra, infatti, che l'assunzione di droghe, quali per esempio la cocaina, determini un incremento dei livelli di dopamina, esattamente come del buon cibo o un'appagante attività sessuale.
  • I medici pianificano un trattamento a base di iniezioni di dopamina, in presenza di: ipotensione, bradicardia, insufficienza cardiaca, attacco cardiaco, arresto cardiaco e insufficienza renale.
  • L'invecchiamento fisiologico, a cui è soggetto ogni essere umano, coincide con un calo dei livelli di dopamina, nel sistema nervoso.
    Secondo alcuni studi scientifici, il declino legato all'età avanzata delle funzioni cerebrali sarebbe dovuto, in parte, proprio a questo calo dei livelli di dopamina, nel sistema nervoso.

Vedi anche: Farmaci Agonisti della Dopamina


Ultima modifica dell'articolo: 30/09/2016