¿Qué parte del cerebro estimula la cafeína?

La respuesta de Barry Purcell es perfecta . Me gustaría agregar algunos detalles más mientras tomo un café. ¿Qué puede ser más estimulante que la cafeína y Quora?

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La cafeína actúa sobre el receptor de adenosina (AR) pero no activa el receptor, lo bloquea. Es por eso que Barry dijo que la cafeína es un antagonista de AR. La adenosina es la molécula natural (término técnico es ligando endógeno) que activa la AR. Tl; dr: la adenosina es un agonista de AR ; la cafeína es un antagonista de AR .

Independientemente, a menudo es más conveniente pensar en la cafeína como la molécula “activadora” y en la adenosina como la molécula “moduladora”. Esto se debe a que numerosos procesos bioquímicos intracelulares se modulan a través del mecanismo AR. Al antagonizar a la adenosina, la cafeína sirve como una “llave que desbloquea” estos procesos. El efecto general es que la cafeína activa o estimula en lugar de inhibir los procesos celulares. En realidad, decidir si algo se está activando o inhibiendo no siempre es sencillo en el ámbito molecular. Decimos que la cafeína se está activando porque eso es lo que tiene más sentido para nosotros en función del comportamiento que podemos observar fácilmente. Puedo tomar café más rápido de lo que puedo escribir; ahora mi taza está vacía :-(.
Afortunadamente, la cafeína es de acción prolongada, así que puedo escribir algunas palabras más. Quédate conmigo a medida que seamos un poco más técnicos y WIKID .

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La adenosina es un nucleósido purínico que comprende una molécula de adenina unida a un resto de molécula de azúcar ribosa (ribofuranosa) a través de un enlace β-N9-glucosídico (eso es lo que quiero decir con wikid). La adenosina es ubicua y es producida por casi todas (tal vez todas) las células metabolizadoras en el cuerpo. Es un componente de ATP, AMP y sus derivados. Como molécula independiente, la adenosina es básicamente un neuromodulador . Desempeña un papel en la promoción del sueño y la supresión de la excitación. En términos simples, la adenosina es anti-cafeína . La adenosina también juega un papel en la regulación del flujo sanguíneo de órganos a través de la vasodilatación. Aquí, la palabra “órgano” no es exactamente el órgano del profano. Pero si quieres pensar de esta manera, aún estarías en lo cierto. Puede ahorrar dinero y usar cafeína en lugar de Viagra pero solo si el problema circulatorio aún no es grave. No digieremos.

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Los receptores de adenosina (también conocidos como receptores P1, véase Wikipedia) son una clase de receptores acoplados a proteína G purinérgicos con adenosina como ligando endógeno (que es tan wikid). Hay al menos cuatro subtipos AR: A1R, A2AR, A2BR y A3R. Dije “al menos” porque, hay una posibilidad de que, mientras hablamos, se identifique un quinto subtipo. Wikidpedia tabula el gen, los mecanismos, los efectos, los agonistas y los antagonistas para cada uno de los cuatro subtipos. La cafeína aparece en la lista y es un antagonista para los cuatro subtipos.
Fuente: THE BRAIN FROM TOP TO BOTTOM (Universidad McGill)

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Señalización purinérgica se refiere a la activación de los receptores de membrana por las moléculas a base de purina adenosina, ATP y ADP. Aquí hay un esquema wikid del artículo de revista de código abierto “Papel de Pannexin-1 hemichannels y receptores purinérgicos en la patogénesis de enfermedades humanas” que muestra la formación de ATP, ADP, AMP y adenosina en el espacio extracelular y su unión al receptor de membrana moléculas P2X, P2Y y AR.
La apertura de canales pannexin-1 por estímulos fisiológicos o patológicos libera ATP en el espacio extracelular. El ATP se hidroliza a AMP mediante E-NPP (1) o a ADP mediante E-NTDPase (2). ADP se hidroliza adicionalmente a AMP mediante E-NTDPase (2). Ecto-5′-nucleotidasa / CD73 promueve la hidrólisis de AMP a adenosina (3). El ATP se une a P2X y P2Y, ADP a P2Y y adenosina a AR.

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La transducción de señal ocurre cuando una molécula de señalización extracelular (por ejemplo, adenosina) activa un receptor específico en la membrana celular (por ejemplo, AR). Esto desencadena una cadena bioquímica de eventos que pueden dar como resultado reacciones metabólicas, cambios en la expresión génica u otros efectos. Aquí hay un ejemplo del proceso de transducción que ocurre cuando la adenosina se une a AR (a). La imagen inferior muestra el mismo proceso con cafeína que evita la unión de adenosina a AR (b).
Fuente: Transducción de señales: retroalimentación positiva del café. Jean-Marie Vaugeois. Nature 418, 734-736 (15 de agosto de 2002). Las flechas y barras más gruesas y los colores más oscuros indican niveles más altos de actividad.

Las AR son en realidad omnipresentes y están presentes en el cerebro y en los tejidos periféricos. Se identificaron en vasos sanguíneos, corazón, células grasas, glóbulos blancos, plaquetas y otros tejidos. A1R está altamente expresado en el cerebro. La A2AR se expresa en gran medida en el cerebro y los tejidos periféricos, y otros componentes del subtipo AR de diferentes tejidos pueden variar en cierta medida. Se identificó A3R en el tejido pulmonar y hepático y en células sanguíneas tales como eosinófilos y mastocitos. Fuente: selectividad funcional de los ligandos del receptor de adenosina.

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¿Qué parte del cerebro estimula la cafeína?

La cafeína probablemente afecte a todas las partes del cerebro porque casi todas (y quizás todas) las células cerebrales expresan AR.

Aquí está el primer estudio in vivo sobre la ocupación cerebral de A1AR por la cafeína en humanos que usan PET: la ocupación de cafeína de los receptores de adenosina A1 cerebral humana: Cuantificación in vivo con 18F-CPFPX y PET

Sin embargo, existe cierta variabilidad en la distribución de subtipos de AR en diferentes regiones cerebrales y tipos de células. Hay una investigación activa en esta área. Hasta donde sabemos, A1R y A2AR son altamente expresados ​​en el cerebro y están directamente involucrados con la modulación del sueño y la vigilia y las respuestas de los neurotransmisores. Los A1R interactúan principalmente con las neuronas que contienen receptores de dopamina D1 y NMDA y A2AR interactúan principalmente con los receptores de dopamina D2. Hay evidencia de que A3R también está presente en las neuronas, pero no estoy seguro acerca de A2BR (esto necesita ser actualizado). Fuente: selectividad funcional de los ligandos del receptor de adenosina.

La ubicuidad de la AR en el cerebro implica que la cafeína activa una gran parte del cerebro, tal vez todo. En realidad, el efecto probablemente esté relacionado con la dosis. En otras palabras, la cantidad habitual de cafeína en una taza de café o té activará ciertas áreas del cerebro y evitará otras. Las áreas que se activan preferencialmente son, muy probablemente, centros cerebrales que están involucrados directa o indirectamente con la modulación del sueño y el estado de alerta. La selectividad relacionada con la dosis no es exclusiva de la cafeína; es una propiedad común de drogas y sustancias neuroactivas.

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Acumulación de adenosina y la acumulación de la unidad de sueño .

Al responder a una serie de preguntas pasadas sobre el sueño, mencioné el tira y afloja entre dos fuerzas: el impulso del sueño homeostático (Proceso S) y el impulso del sueño circadiano (Proceso C). El proceso S implica una acumulación constante de sueño homeostático presión (unidad de sueño) durante el período de vigilia. La presión alcanza un máximo justo antes del inicio del sueño y solo puede aliviarse durmiendo. Aunque el mecanismo exacto subyacente al proceso S permanece desconocido, una teoría es que ciertos químicos en el cerebro se acumulan durante la vigilia. El principal sospechoso es la adenosina. Por lo tanto, la concentración de adenosina del cerebro (o partes de ella) es proporcional a la cantidad de tiempo que una persona ha estado despierta. El aumento de los niveles de adenosina da como resultado un aumento de la activación de AR y una activación del sueño más fuerte, es decir, la persona tendrá más sueño. Hay otras teorías pero esta es la mejor que tenemos ahora.

Estas son algunas de mis respuestas anteriores a las preguntas sobre el sueño:
¿Qué sucede neurológicamente que nos hace despertar del sueño?
¿Por qué las personas se ponen soñolientas e irritables alrededor de las 2 p.m. y luego se vuelven mentalmente aplanadas alrededor de las 5 p.m.?
¿Pueden los humanos funcionar con solo 4 horas de sueño por noche?

¿Sigues despierto? ¡Bien, creo que necesito otra taza de café!

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