ACETILHOLINESTERAZA: STRUKTURA, FUNKCIJE I INHIBITORI - BIOLOGIJA - 2026

Acetilholinesteraze (acetilkolin acetil hidrolaze, EC 3.1.1.7) je enzim nalazi pretežno u središnjem živčanom sustavu. Njegova je zadaća, kao što i ime govori, hidrolizna obrada neurotransmitera acetilkolina.

To je enzim povezan sa staničnom membranom koji djeluje zajedno s acetilkolinskim receptorima kako bi posredovao ekscitacijom postsinaptičkih stanica i čiji je katalitički mehanizam iznenađujuće brz.

Struktura acetilkolinesteraze (Izvor: Wikimedia Commons)

S mehaničkog stajališta, ovaj enzim može se promatrati kao serin hidrolaza, a u katalitičkoj domeni njegovog aktivnog mjesta sadrži triadu aminokiselina karakterističnih za serinske proteaze: serin, histidin i kiseli ostatak. Međutim, kiseli ostatak je glutamat, dok serinske proteaze obično imaju aspartat.

Struktura acetilkolina (Izvor: Alinebloom putem Wikimedia Commonsa)

Dale je 1914. godine napravio jedno od prvih opažanja koja su povezivala katalitičku aktivnost acetilkolinesteraze s kolinergičkim živčanim tkivima i mišićnim tkivima; kasnije je utvrđeno da je prisutan i u ne-kolinergičkim neuronima te u hematopoetskim, osteogenim i neoplastičnim stanicama.

Zahvaljujući proučavanju različitih organizama, trenutno je poznato da je enzim prisutan u membrani različitih vrsta stanica poput eritrocita, živčanih i mišićnih stanica, električnih organa i drugih.

Struktura

Tercijarna i kvaternarna struktura

U prirodnim ili "in vivo" uvjetima, acetilkolinesteraza je polimorfni enzim koji se sastoji od nekoliko katalitičkih podjedinica veće ili manje od 80 kDa, koje se okupljaju i tvore oligomernu strukturu (od nekoliko podjedinica).

Količina i složenost ovih podjedinica ovisi o vrsti stanice i razmatranim vrstama.

Neki složeniji enzimski oblici imaju katalitičku podjedinicu s globularnim (G) ili asimetričnim (A) oblicima povezanim disulfidnim mostovima. Disulfidni mostovi su kovalentne veze formirane između dvije molekule sumpora tiolnih skupina (-SH) dvaju ostataka aminokiseline cistein.

Svaka G podjedinica sadrži jedno aktivno mjesto, dok se za A podjedinice obično karakterizira s tri strukturalne domene, a to su: katalitička podjedinica, repovi nalik kolagenu bogati ostacima glicina, hidroksiprolina i hidroksilizina i drugi nekolagena ljepila (različita od kolagena).

Asimetrični oblici acetilkolinesteraze poznati su kao A12, A8 i A4, koji imaju 12, 8 i 4 katalitičke podjedinice.

Općenito, ostaci katalitičke domene na aktivnom mjestu nalaze se u "dubokom" području podjedinica, što se može smatrati kontradiktornim u pogledu brze brzine reakcije koja katalizira ovaj enzim i očite nepristupačnosti supstrata tim mjestima., Bez obzira na polimorfizam enzima, i globularna i asimetrična podjedinica imaju slične katalitičke aktivnosti.

varijante

Određene stanice, osim živčanih stanica, poput eritrocita, stvaraju enzime acetilkolinesteraze koji su pretežno globularni, dimerni i uglavnom su povezani s vanjskim dijelom plazma membrane.

Enzim eritrocita, iako manje strukturne složenosti, također je amfipatski enzim, čija se aktivna katalitička domena nalazi u velikom hidrofilnom području, dok je hidrofobna domena, koja sadrži karboksilnu terminalnu regiju, odgovorna za održavanje u membrani,

Primarna struktura

Velik dio sadašnjih saznanja o slijedu acetilkolinesteraze proizašao je iz proučavanja enzima Torpedo californica, riba koja strši koja živi u Tihom oceanu i koja se tradicionalno koristi kao organizam za proučavanje različitih proteina živčanog sustava.

Podjedinice acetilkolinesteraze sintetiziraju se kao pro-proteini koji se zatim obrađuju da bi se stvorila zrela podjedinica. Svaka se podjedinica sastoji od polipeptida od oko 575 aminokiselina i 65 kDa molekulske mase, koji se povećava dodatkom 7-8% ostataka ugljikohidrata (glikozilacija).

Katalitička aktivnost aktivnog mjesta podjedinica određena je serinskim ostatkom na položaju 200, koji se nalazi u "dubokom" području katalitičke podjedinice.

Različite varijante ili izoformi enzima postoje u organizmima zahvaljujući različitim mjestima za "alternativno spajanje" RNA prije messenger-a na oba njihova kraja (5 'i 3'). Karboksil-terminalni slijed izoforme svake podjedinice je ono što određuje skup oligomera jedan s drugim.

Značajke

Acetilholinesteraza je enzim s više bioloških funkcija koje nisu nužno povezane jedna s drugom. Činjenica o kojoj svjedoči različita ekspresija tijekom embriogeneze, embrionalnog neuronskog proširenja, razvoja mišića i sinaptogeneze.

Kao što je gore istaknuto, on ima važnu ulogu u brzoj hidrolizi acetilkolina i na taj način u reguliranju njegovog djelovanja u živčano-mišićnom sinaptičkom prostoru ili u kolinergičkim sinaptičkim prostorima središnjeg živčanog sustava.

Primjer njegovih funkcija je kontrakcija skeletnog mišića, koja se događa zahvaljujući vrsti kemijske sinapse poznate kao motorna završna ploča, smještena između motornog neurona i mišićnog vlakna.

U ovoj sinapsi dobivaju se stotine vezikula napunjenih acetilkolinom, koji se oslobađaju iz motornog neurona za širenje električnog impulsa.

Ovaj je neurotransmisijski postupak prilično složen, međutim, sudjelovanje acetilkolinesteraze presudno je za prekid sinaptičkog prijenosa koji ovisi o neurotransmiteru acetilkolinu, budući da se mora razgraditi, a zatim razmazati izvan sinaptičke pukotine, da bi bio vrhunac. ekscitacija membrane.

Stoga je enzim acetilkolinesteraza odgovoran za regulaciju koncentracije ovog predajnika u neuromotornoj sinapsi.

Ostale "neklasične" funkcije enzima povezane su s neuritogenezom ili rastom živčanih stanica; s procesima stanične adhezije, sinaptogeneze, aktivacije neurona-dopamina u substanci nigra srednjeg mozga, hematopoetskih procesa i poetičkog tromba, između ostalih.

inhibitori

Inhibitori acetilkolinesteraze djeluju spriječavajući ga da hidrolizira acetilkolin i na taj način povećava razinu i trajanje djelovanja ovog neurotransmitera. Prema mehanizmu njihova djelovanja mogu se klasificirati kao reverzibilni i nepovratni.

Nepovratni inhibitori

Oni su oni koji nepovratno inhibiraju hidroliznu aktivnost acetilkolinesteraze kovalentnim vezanjem na serinski ostatak na aktivnom mjestu enzima. Ovu skupinu čine uglavnom organofosfati.

Općenito, radi se o aktivnim spojevima koji se nalaze u mnogim insekticidima i koji su odgovorni za veliki broj smrtnih slučajeva u slučaju trovanja. Oni su esteri ili tioli dobiveni iz fosforne, fosfonske, fosfinske ili fosforamidne kiseline.

Sarin, tabun, soman i ciklosarin su među najotrovnijim spojevima koje je čovjek sintetizirao jer mogu ubiti čovjeka inducirajući respiratorni i krvožilni zastoj blokirajući acetilkolinesterazu u perifernom živčanom sustavu.

Molekularna struktura organofosfatnog inhibitora «Sarin» (Izvor: Sivizius via Wikimedia Commons)

Sarin je, na primjer, "živčani plin" koji se kao terorističko oružje koristio u terorističke svrhe.

Reverzibilni inhibitori

Ovaj redoslijed klasifikacijskih skupina kompetitivnih i nekonkurentskih inhibitora koji djeluju prolaznom i reverzibilnom karbamilacijom serinskog ostatka na aktivnom mjestu i mnogi su sintetizirani i pročišćeni iz biljnih ili gljivičnih izvora.

Karbamati poput fizostigmina i neostigmina su reverzibilni inhibitori koji se koriste kao lijekovi za liječenje bolesti, kao što su glaukom i miastenija gravis.

Ostala terapijska sredstva iz ove skupine koriste se i za liječenje Alzheimerove bolesti, Parkinsonove bolesti, postoperativne crijevne opstrukcije (postoperativni ileus), distancije mokraćnog mjehura i kao antidoti za antiholinergičko predoziranje.

butirilkolinesteraza

Zanimljiv prirodni mehanizam protiv nekih inhibitora acetilholinesteraze ima veze s sudjelovanjem manje specifičnog enzima poznatog kao butirilkolinesteraza.

Ovaj enzim također je sposoban hidrolizirati acetilkolin, a u isto vrijeme može djelovati i kao molekularni crijev koji reagira s tim toksinima prije nego što izvrše negativan učinak na acetilkolinesterazu.

Acetilholinesteraza i Alzheimerova bolest

Pokazalo se da acetilkolinesteraza formira stabilan kompleks s komponentama senilnih plakova karakterističnih za patologiju. Nadalje, neki izmijenjeni obrasci glikozilacije ovog enzima povezani su s prisutnošću i stvaranjem amiloidnih plakova u mozgu.

Stoga su mnogi od reverzibilnih inhibitora acetilkolinesteraze korišteni kao lijekovi prve generacije za liječenje ove bolesti i drugih povezanih neurodegenerativnih stanja. Oni uključuju donepezil, rivastigmin i galantamin.

Reference

1. Dvir, H., Silman, I., Harel, M., Rosenberry, TL, & Sussman, JL (2010). Acetilholinesteraza: od 3D strukture do funkcije. Kemijsko-biološke interakcije, 187, 10–22.
2. Houghton, P., Ren, Y., & Howes, M. (2006). Inhibitori acetilkolinesteraze iz biljaka i gljivica. Izvješća o prirodnim proizvodima, 23, 181–199.
3. Krsti, DZ, Lazarevi, TD, Bond, AM, & Vasi, VM (2013). Inhibitori acetilkolinesteraze: Farmakologija i toksikologija. Aktuelna neurofarmakologija, 11, 315–335.
4. Mukherjee, PK, Kumar, V., Mal, M., & Houghton, PJ (2007). Inhibitori acetilkolinesteraze iz biljaka. Fitomedicina, 14, 289–300.
5. Quinn, DM (1987). Acetilkolinesteraza: struktura enzima, dinamika reakcije i stanja virtualne tranzicije. Chem. Rev., 87, 955-979.
6. Racchi, M., Mazzucchelli, M., Porrello, E., Lanni, C., & Govoni, S. (2004). Inhibitori acetilkolinesteraze: nove aktivnosti starih molekula. Farmakološka istraživanja, 50, 441-451.
7. Rosenberry, T. (1975). Acetilkolinesteraze. Napredci u enzimologiji i srodna područja molekularne biologije, 43, 103–218.
8. Soreq, H., i Seidman, S. (2001). Acetilholinesteraza - nove uloge za starog glumca. Priroda recenzija, 2, 294-302.
9. Talesa, VN (2001). Acetilkolinesteraza kod Alzheimerove bolesti. Mehanizmi starenja i razvoja, 122, 1961–1969.