АЦЕТИЛХОЛИНЕСТЕРАЗА: СТРУКТУРА, ФУНКЦИЈЕ И ИНХИБИТОРИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Ацетилхолинестеразе (ацетилхолин ацетил хидроласе, ЕЦ 3.1.1.7) је ензим који се налази првенствено у централном нервном систему. Његов задатак је, као што му име каже, хидролатна обрада неуротрансмитера ацетилхолина.

То је ензим повезан са ћелијском мембраном, који делује заједно са ацетилхолинским рецептором како би посредовао ексцитацијом постсинаптичких ћелија и чији је каталитички механизам изненађујуће брз.

Структура ацетилколинестеразе (Извор: Викимедиа Цоммонс)

Са механичког становишта, овај ензим се може посматрати као серин хидролаза, а у каталитичком домену његовог активног места садржи триаду аминокиселина карактеристичних за серинске протеазе: серин, хистидин и кисели остатак. Међутим, кисели остатак је глутамат, док серинске протеазе обично имају аспартат.

Структура ацетилхолина (Извор: Алинеблоом преко Викимедиа Цоммонс)

Дале је 1914. године направио једно од првих запажања која су повезивала каталитичку активност ацетилхолинестеразе са холинергичким нервним ткивима и мишићним ткивима; касније је утврђено да је присутан и у не-холинергичким неуронима и у хематопоетским, остеогеним и неопластичним ћелијама.

Захваљујући проучавању различитих организама, тренутно је познато да је ензим присутан у мембрани различитих врста ћелија, као што су еритроцити, нервне и мишићне ћелије, електрични органи и други.

Структура

Терцијарна и квартарна структура

Под природним или „ин виво“ условима, ацетилхолинестераза је полиморфни ензим који је састављен од неколико каталитичких подјединица веће или мање од 80 кДа, које се састављају да би формирале олигомерну структуру (од неколико подјединица).

Количина и сложеност ових подјединица зависи од врсте ћелије и врсте.

Неки од сложенијих ензимских облика имају каталитичку подјединицу са глобуларним (Г) или асиметричним (А) облицима повезаним дисулфидним мостовима. Дисулфидни мостови су ковалентне везе формиране између два молекула сумпора тиолних група (-СХ) два остатка аминокиселине цистеин.

Свака Г подјединица садржи једно активно место, док је за А подјединице генерално окарактерисано по три структуралне домене, и то: каталитичка подјединица, репови налик колагену богати остацима глицина, хидроксипролина и хидроксилина и други неколагена лепкови (различити од колагена).

Асиметрични облици ацетилхолинестеразе познати су под називом А12, А8 и А4, који имају 12, 8 и 4 каталитичке подјединице, респективно.

Генерално, остаци каталитичког домена на активном месту налазе се у "дубоком" региону подјединица, што се може сматрати контрадикторним у погледу брзе брзине реакције која катализује овај ензим и очигледне неприступачности супстрата овим местима. .

Без обзира на полиморфизам ензима, и глобуларна и асиметрична подјединица имају сличне каталитичке активности.

Варијанте

Одређене ћелије, осим нервних ћелија, као што су еритроцити, производе ензиме ацетилколинестеразе који су претежно глобуларни, димерни и углавном су повезани са спољним лицем плазма мембране.

Ензим еритроцита, мада мање структурне сложености, такође је амфипатски ензим, чија се активна каталитичка домена налази у великом хидрофилном региону, док је хидрофобни домен, који садржи карбоксилну терминалну регију, одговоран за одржавање у мембрани .

Примарна структура

Већи део садашњих сазнања о редоследу ацетилхолинестеразе произашао је из проучавања ензима Торпедо цалифорница, риба која стрши у Тихом океану и која се традиционално користи као модел организма за проучавање различитих протеина нервног система.

Подјединице ацетилхолинестеразе синтетизују се као про-протеини који се затим прерадјују да би се зреле подјединице. Свака подјединица се састоји од полипептида од око 575 аминокиселина и 65 кДа молекулске тежине, који се повећава додатком 7-8% угљених хидратних остатака (гликозилација).

Каталитичка активност активног места подјединица је одређена серинским остатком на положају 200, који се налази у "дубоком" региону каталитичке подјединице.

Различите варијанте или изоформе ензима постоје у организмима захваљујући различитим локацијама за "алтернативно спајање" РНА пре мессенгер-а на оба њихова краја (5 'и 3'). Карбоксил-терминална секвенца изоформе сваке подјединице је оно што одређује састављање олигомера један са другим.

Карактеристике

Ацетилхолинестераза је ензим са више биолошких функција које нису нужно повезане једна са другом. Чињеница о којој сведочи различита експресија током ембриогенезе, ембрионалног неуронског проширења, развоја мишића и синаптогенезе.

Као што је горе истакнуто, он има важну улогу у брзој хидролизи ацетилхолина и самим тим у регулисању његовог дејства у живчано-мишићном синаптичком простору или у холинергичким синаптичким просторима централног нервног система.

Пример његових функција је контракција скелетног мишића, која се јавља захваљујући врсти хемијске синапсе познате као моторна плоча, која се налази између моторног неурона и мишићног влакна.

У овој синапси добијено је стотине везикула напуњених ацетилхолином који се ослобађају из моторног неурона за ширење електричног импулса.

Овај неуротрансмисиони поступак је прилично сложен, међутим, учешће ацетилхолинестеразе је пресудно за прекид синаптичке трансмисије који зависи од неуротрансмитера ацетилхолина, јер мора бити деградиран и потом дифузно ван синаптичке расцепе да би био врхунац. ексцитација мембране.

Стога је ензим ацетилхолинестераза одговоран за регулисање концентрације овог предајника у неуромоторној синапси.

Остале "некласичне" функције ензима повезане су са неуритогенезом или растом нервних ћелија; са процесима адхезије ћелије, синаптогенезе, активације неурона-допамина у супстанци средњег мозга, хематопоетских процеса и поетичног тромба, између осталих.

Инхибитори

Инхибитори ацетилколинестеразе делују спречавајући га да хидролизује ацетилхолин и на тај начин повећава ниво и трајање деловања овог неуротрансмитера. Према механизму њиховог деловања могу се класификовати као реверзибилни и неповратни.

Неповратни инхибитори

Они су они који неповратно инхибирају хидролизну активност ацетилхолинестеразе ковалентним везивањем на серински остатак на активном месту ензима. Ову групу углавном чине органофосфати.

Генерално, ово су активна једињења која се налазе у многим инсектицидима и одговорна су за велики број смртних случајева насумичних отрова. Они су естри или тиоли изведени из фосфорне, фосфонске, фосфинске или фосфорамидне киселине.

Сарин, табун, соман и циклосарин спадају у најотровнија једињења која се синтетишу од стране човека јер могу убити човека индукујући респираторни и крвожилни застој блокирајући ацетилхолинестеразу у периферном нервном систему.

Молекуларна структура инхибитора органофосфата «Сарин» (Извор: Сивизиус виа Викимедиа Цоммонс)

Сарин је, на пример, „нервни гас“ који је коришћен као хемијско оружје за терористичку употребу.

Реверзибилни инхибитори

Овај редослед класификационих група компетитивних и неконкурентних инхибитора који делују пролазним и реверзибилним карбамилацијом серинског остатка на активном месту и многи су синтетизовани и пречишћени из биљних или гљивичних извора.

Карбамати попут физостигмина и неостигмина су реверзибилни инхибитори који се користе као лекови за лечење болести, као што су глауком и миастенија гравис.

Остала терапијска средства из ове групе се такође користе за лечење Алзхеимерове болести, Паркинсонове болести, постоперативне цревне опструкције (постоперативни илеус), дистанције мокраћног мехура и као антидоти за антихолинергичко предозирање.

Бутирилхолинестераза

Занимљив природни механизам против неких инхибитора ацетилхолинестеразе има везе са учешћем мање специфичног ензима познатог као бутирилколинестераза.

Овај ензим је такође способан да хидролизује ацетилхолин и истовремено може деловати као молекулски деко који реагује са тим токсинима пре него што изврше негативан утицај на ацетилхолинестеразу.

Ацетилхолинестераза и Алцхајмерова болест

Показало се да ацетилколинестераза формира стабилан комплекс са компонентама сенилних плакова карактеристичних за патологију. Даље, неки измењени обрасци гликозилације овог ензима повезани су са присуством и стварањем амилоидних плакова у мозгу.

Стога су многи инхибитори реверзибилне ацетилхолинестеразе коришћени као лекови прве генерације за лечење ове болести и других повезаних неуродегенеративних стања. Они укључују донепезил, ривастигмин и галантамин.

Референце

1. Двир, Х., Силман, И., Харел, М., Росенберри, ТЛ, & Суссман, ЈЛ (2010). Ацетилхолинестераза: од 3Д структуре до функције. Хемијско-биолошке интеракције, 187, 10–22.
2. Хоугхтон, П., Рен, И., & Ховес, М. (2006). Инхибитори ацетилколинестеразе из биљака и гљивица. Извештаји о природним производима, 23, 181–199.
3. Крсти, ДЗ, Лазареви, ТД, Бонд, АМ, и Васи, ВМ (2013). Инхибитори ацетилколинестеразе: Фармакологија и токсикологија. Актуелна неурофармакологија, 11, 315–335.
4. Мукхерјее, ПК, Кумар, В., Мал, М., & Хоугхтон, ПЈ (2007). Инхибитори ацетилколинестеразе из биљака. Фитомедицина, 14, 289–300.
5. Куинн, ДМ (1987). Ацетилхолинестераза: структура ензима, динамика реакције и стања виртуалне транзиције. Цхем. Рев., 87, 955-979.
6. Раццхи, М., Маззуццхелли, М., Поррелло, Е., Ланни, Ц., & Говони, С. (2004). Инхибитори ацетилколинестеразе: нове активности старих молекула. Фармаколошка истраживања, 50, 441-451.
7. Росенберри, Т. (1975). Ацетилхолинестераза. Напредак у ензимологији и сродна подручја молекуларне биологије, 43, 103–218.
8. Сорек, Х., и Сеидман, С. (2001). Ацетилхолинестераза - нове улоге за старог глумца. Натуре Ревиевс, 2, 294-302.
9. Талеса, ВН (2001). Ацетилхолинестераза код Алзхеимерове болести. Механизми старења и развоја, 122, 1961–1969.