Epinephrin, auch Adrenalin genannt, ist ein Hormon, das bei Säugetieren für die „Kampf-oder-Flucht“-Reaktion verantwortlich ist. Chemisch gesehen mobilisiert es das körpereigene Abwehrsystem, indem es die Freisetzung großer Mengen an Glukose aus den Speichern in Leber und Muskeln ins Blut induziert. Dieser Energieschub ist der bekannte „Adrenalinrausch“, den man erlebt, wenn man Angst hat oder aufgeregt ist. In einigen Geweben wirkt Adrenalin auch als Neurotransmitter, der Signale zwischen benachbarten Nervenzellen überträgt.
Epinephrin (siehe Abbildung 1) wird in mehreren Schritten entweder aus Phenylalanin oder Tyrosin (beides Aminosäuren) synthetisiert. Dabei werden zwei benachbarte Hydroxylgruppen an den aromatischen Ring angehängt, was zu der Ringstruktur namens Catechol führt. Diese Hydroxylierungen bilden das Zwischenprodukt L-Dopa, das wiederum in Dopamin (ein Neurotransmitter), Noradrenalin (ebenfalls ein Neurotransmitter) und schließlich Epinephrin umgewandelt wird. Epinephrin bildet zusammen mit Noradrenalin und Dopamin die Familie der biogenen Amine, die Katecholamine genannt werden.
Nervensignale an die Nebenniere aktivieren die Umwandlung von Speichern von Noradrenalin in Epinephrin und dessen Freisetzung in den Blutkreislauf. Die Kampf- oder Fluchtreaktion beinhaltet einen erhöhten Blutzuckerspiegel, eine verstärkte Vasokonstriktion in bestimmten Körperregionen und eine erhöhte Herzfrequenz. Auf zellulärer Ebene bindet Epinephrin an Leber- und Muskelzellen an spezifischen Rezeptoren auf der äußeren Oberfläche der Zellmembranen. Ein solcher Rezeptor aktiviert dann eine Reihe von enzymatischen Reaktionen innerhalb der Zelle, die in der Synthese großer Mengen von zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) gipfeln. Epinephrin kann die Zellmembran nicht passieren, daher wird sein hormonelles Signal innerhalb der Zelle über cAMP übertragen, das als zweiter Botenstoff fungiert (Epinephrin ist der erste Botenstoff). CyclicAMP schaltet eine Kaskade von Enzymen an – meist Kinasen, die an bestimmten Stellen anderer Proteine oder Enzyme eine Phosphatgruppe anbringen. Diese Phosphorylierungen dienen dazu, enzymatische Reaktionen zu aktivieren (oder in manchen Fällen zu hemmen). Das Endergebnis ist die Aktivierung der Glykogenphosphorylase, eines Enzyms, das Glykogen in seine Glukoseeinheiten zerlegt, und die Freisetzung von Glukose in den Blutkreislauf.
Die Neurotransmitterwirkung von Epinephrin wird durch Wiederaufnahme in das Neuron, das es freigesetzt hat, oder durch Abbau zu inaktiven Metaboliten durch die Enzyme Catechol-O-Methyl-Transferase (COMT) und Monoaminoxidase (MAO) beendet. Die Wirkungen des Second Messengers in der Zelle werden durch Enzyme, die cAMP abbauen, und durch Phosphatasen, die die Wirkung der Kinasen umkehren, indem sie Phosphate entfernen, beendet.
Auch bei der Synthese von Fettsäuren wirkt Epinephrin an einem entscheidenden Regulationsschritt. Die Aktivität des ersten Enzyms der Fettsäuresynthese, der Acetyl-Coenzym A (AcCoA)-Carboxylase, wird durch Phosphorylierung reguliert. Das phosphorylierte Enzym ist inaktiv (und die nachfolgende Fettsäuresynthese wird gestoppt), während das dephosphorylierte Enzym aktiv ist. Epinephrin verhindert durch den Botenstoff cAMP die Dephosphorylierung der AcCoA-Carboxylase, macht sie inaktiv und stoppt die Fettsäuresynthese. In der Tat muss der Organismus während der Kampf- oder Fluchtreaktion Energie in Form von Glukose und Fettsäuren freisetzen, anstatt Energie als Glykogen oder Fett zu speichern.
Klinisch spielt Epinephrin eine lebensrettende Rolle bei der Bekämpfung der Auswirkungen eines anaphylaktischen Schocks. Histamine, die in großen Mengen freigesetzt werden, wenn der Körper einem Allergen ausgesetzt ist (z. B. Bienenstiche bei bestimmten Personen), können die glatte Muskulatur verengen, auch die der Atemwege. Epinephrin bewirkt das Gegenteil: Es entspannt die glatte Muskulatur, allerdings an anderen Rezeptoren. Seine Wirkung auf den Herzmuskel (Erhöhung der Herzfrequenz) kann als lebensrettende Maßnahme eingesetzt werden, wenn das Herz eines Patienten stehen geblieben ist. Epinephrin wird auch in Verbindung mit Lokalanästhetika wie Lidocain verwendet. Indem es die Blutgefäße in der Nähe der Injektionsstelle verengt, verhindert es, dass das Anästhetikum von der Stelle wegdiffundiert.