ACETILHOLĪNESTERĀZE: STRUKTŪRA, FUNKCIJAS UN INHIBITORI - BIOLOĢIJA - 2025

Acetylcholinesterase (acetilholīna acetil hidrolāzes, EC 3.1.1.7) ir enzīms, kas konstatēts galvenokārt centrālajā nervu sistēmā. Tās uzdevums, kā norāda nosaukums, ir neirotransmitera acetilholīna hidrolītiska apstrāde.

Tas ir ferments, kas saistīts ar šūnu membrānu, kas darbojas kopā ar acetilholīna receptoru, lai mediētu postsinaptisko šūnu ierosmi, un kura katalītiskais mehānisms ir pārsteidzoši ātrs.

Acetilholīnesterāzes struktūra (Avots: Wikimedia Commons)

No mehāniskā viedokļa šo fermentu var uzskatīt par serīna hidrolāzi, un tā aktīvās vietas katalītiskajā domēnā tas satur aminoskābju triādi, kas raksturīga serīna proteāzēm: serīns, histidīns un skābs atlikums. Tomēr skābais atlikums ir glutamāts, turpretī serīna proteāzēm parasti ir aspartāts.

Acetilholīna struktūra (Avots: Alinebloom caur Wikimedia Commons)

Vienu no pirmajiem novērojumiem, kas saista acetilholīnesterāzes katalītisko aktivitāti ar holīnerģiskajiem nervu audiem un muskuļu audiem, Dale izdarīja 1914. gadā; vēlāk tika noteikts, ka tas atrodas arī neholīnerģiskos neironos un hematopoētiskās, osteogēnās un neoplastiskās šūnās.

Pateicoties dažādu organismu pētījumiem, šobrīd ir zināms, ka enzīms atrodas dažāda veida šūnu membrānās, piemēram, eritrocītos, nervu un muskuļu šūnās, elektriskajos orgānos un citās.

Uzbūve

Terciārā un kvartārā struktūra

Dabiskos vai "in vivo" apstākļos acetilholīnesterāze ir polimorfs enzīms, kas sastāv no vairākām katalītiskām apakšvienībām ar lielāku vai mazāku 80 kDa lielumu, kuras saliek, veidojot oligomēru struktūru (no vairākām apakšvienībām).

Šo apakšvienību daudzums un sarežģītība ir atkarīga no šūnu veida un apskatītajām sugām.

Dažām sarežģītākām enzīmu formām ir katalītiskas apakšvienības ar globulārām (G) vai asimetriskām (A) formām, kas savienotas ar disulfīdu tiltiem. Disulfīdu tilti ir kovalentās saites, kas veidojas starp divām aminoskābes cisteīna atlikumu tiolu grupu (-SH) divām sēra molekulām.

Katrā G apakšvienībā ir viena aktīva vieta, savukārt A apakšvienībām parasti ir trīs strukturālie domēni, proti: katalītiskās apakšvienības, kolagēnam līdzīgās astes, kas bagātas ar glicīnu, hidroksiprolīna un hidroksilizīna atlikumiem, un citas nekolagēnas līmes (atšķirīgas no kolagēna).

Asimetriskās acetilholīnesterāzes formas ir zināmas kā A12, A8 un A4, kurām ir attiecīgi 12, 8 un 4 katalītiskās apakšvienības.

Parasti katalītiskā domēna atlikumi aktīvajā vietā atrodas "dziļā" apakšvienību reģionā, ko var uzskatīt par pretrunīgu attiecībā uz ātro reakcijas ātrumu, kas katalizē šo fermentu, un acīmredzamo substrāta nepieejamību šīm vietām .

Neatkarīgi no fermenta polimorfisma, gan globulārajām, gan asimetriskajām apakšvienībām ir līdzīgas katalītiskās aktivitātes.

Varianti

Dažas šūnas, izņemot nervu šūnas, piemēram, eritrocīti, ražo acetilholīnesterāzes enzīmus, kas pārsvarā ir globāli, dimēriski un lielākoties saistīti ar plazmas membrānas ārējo virsmu.

Eritrocītu enzīms, kaut arī tam ir mazāk strukturāla sarežģītība, ir arī amfātisks enzīms, kura aktīvais katalītiskais domēns ir atrodams lielajā hidrofilā reģionā, savukārt hidrofobiskais domēns, kas satur karboksilterminālo reģionu, ir atbildīgs par tā uzturēšanu membrānā .

Primārā struktūra

Liela daļa pašreizējo zināšanu par acetilholīnesterāzes secību tika iegūta, pētot fermentu Torpedo californica - dzeloņzivis, kas dzīvo Klusajā okeānā un ko tradicionāli izmanto kā paraugorganismu dažādu nervu sistēmas olbaltumvielu izpētei.

Acetilholīnesterāzes apakšvienības tiek sintezētas kā proteīni, kurus pēc tam apstrādā, lai iegūtu nobriedušas apakšvienības. Katru apakšvienību veido polipeptīds ar apmēram 575 aminoskābēm un 65 kDa molekulmasu, ko palielina, pievienojot 7-8% ogļhidrātu atlikumu (glikozilēšana).

Apakšvienību aktīvās vietas katalītisko aktivitāti nosaka serīna atlikums 200. pozīcijā, kas atrodas katalītisko apakšvienību "dziļajā" reģionā.

Organismos pastāv dažādi enzīma varianti vai izoformas, pateicoties dažādajām vietnēm priekš Messenger "alternatīvajai savienošanai" abās to galos (5 'un 3'). Katras apakšvienības izoforma karboksiltermināla secība nosaka oligomēru saplūšanu vienam ar otru.

Iespējas

Acetilholīnesterāze ir enzīms ar vairākām bioloģiskām funkcijām, kas nebūt nav savstarpēji saistītas. Fakts, ko apliecina tā atšķirīgā izpausme embrioģenēzes laikā, embrija nervu pagarināšana, muskuļu attīstība un sinatoģenēze.

Kā uzsvērts iepriekš, tam ir svarīga loma acetilholīna ātrā hidrolīzē un līdz ar to tā iedarbības regulēšanā neiromuskulārajā sinaptiskajā telpā vai centrālās nervu sistēmas holīnerģiskajās sinaptiskajās telpās.

Tās funkciju piemērs ir skeleta muskuļa saraušanās, kas notiek, pateicoties ķīmiskās sinapses veidam, kas pazīstams kā motora gala plāksne un atrodas starp motoro neironu un muskuļu šķiedru.

Šajā sinapsē rodas simtiem ar acetilholīnu piekrautu pūslīšu, kas tiek atbrīvoti no motora neirona elektriskā impulsa izplatīšanai.

Šis neirotransmisijas process ir diezgan sarežģīts, tomēr acetilholīnesterāzes līdzdalība ir būtiska, lai pārtrauktu sinaptisko transmisiju, kas ir atkarīga no neirotransmitera acetilholīna, jo tam jābūt noārdītam un pēc tam izkliedētam ārpus sinaptiskās spraugas, lai sasniegtu kulmināciju. membrānas ierosme.

Tādējādi ferments acetilholīnesterāze ir atbildīga par šī raidītāja koncentrācijas regulēšanu neiromotorā sinapsē.

Citas fermenta "neklasiskās" funkcijas ir saistītas ar nervu šūnu neiroģenēzi vai augšanu; ar šūnu adhēzijas, sinatoģenēzes, neironu-dopamīna aktivizēšanas vidējā smadzeņu pamatnigrā, hematopoētiskajiem procesiem un poētisko trombu, cita starpā.

Inhibitori

Acetilholīnesterāzes inhibitori darbojas, neļaujot tam acetilholīnu hidrolizēt, tādējādi palielinot šī neirotransmitera līmeni un darbības ilgumu. Pēc iedarbības mehānisma tos var klasificēt kā atgriezeniskus un neatgriezeniskus.

Neatgriezeniski inhibitori

Tie ir tādi, kas neatgriezeniski kavē acetilholīnesterāzes hidrolītisko aktivitāti, kovalenti saistoties ar serīna atlikumu enzīma aktīvajā vietā. Šī grupa galvenokārt sastāv no organiskajiem fosfātiem.

Kopumā šie ir aktīvi savienojumi, kas atrodami daudzos insekticīdos, un ir izraisījuši lielu skaitu nejaušu saindēšanās gadījumu. Tie ir esteri vai tioli, kas iegūti no fosforskābes, fosfonskābes, fosfīnskābes vai fosforamīnskābes.

Sarīns, tabūns, somāns un ciklosarīns ir vieni no toksiskākajiem cilvēka sintezētajiem savienojumiem, jo ​​tie var nogalināt cilvēku, izraisot elpošanas un asinsrites mazspēju, bloķējot acetilholīnesterāzi perifērā nervu sistēmā.

Organofosfāta inhibitora «Sarin» molekulārā struktūra (Avots: Sivizius, izmantojot Wikimedia Commons)

Sarīns, piemēram, ir "nervu gāze", kas teroristu vajadzībām tika izmantota kā ķīmiskais ierocis.

Atgriezeniski inhibitori

Šāda klasifikācijas secība konkurējošie un nekonkurējošie inhibitori, kas darbojas caur īslaicīgu un atgriezenisku serīna atlikuma karbamilēšanu aktīvajā vietā, un daudzi no tiem ir sintezēti un attīrīti no augu vai sēnīšu avotiem.

Karbamāti, piemēram, fizostigmīns un neostigmīns, ir atgriezeniski inhibitori, kurus attiecīgi lieto kā zāles tādu slimību kā glaukomas un myasthenia gravis ārstēšanai.

Citus šīs grupas terapeitiskos līdzekļus izmanto arī Alcheimera slimības, Parkinsona slimības, pēcoperācijas zarnu aizsprostojumu (pēcoperācijas ileusa), urīnpūšļa izdalīšanās un kā antidotes antiholīnerģiskas pārdozēšanas ārstēšanai.

Butirilholīnesterāze

Interesants dabiskais mehānisms pret dažām acetilholīnesterāzi kavējošām vielām ir saistīts ar mazāk specifiska fermenta, kas pazīstams kā butirilholīnesterāze, piedalīšanos.

Šis ferments arī spēj hidrolizēt acetilholīnu, un tajā pašā laikā tas var darboties kā molekulārs māneklis, kas reaģē ar šiem toksīniem, pirms tie negatīvi ietekmē acetilholīnesterāzi.

Acetilholīnesterāze un Alcheimera slimība

Ir pierādīts, ka acetilholīnesterāze veido stabilu kompleksu ar patoloģijai raksturīgām seniālu plāksnīšu sastāvdaļām. Turklāt daži izmainīti šī fermenta glikozilācijas modeļi ir saistīti ar amiloido plāksnīšu klātbūtni un veidošanos smadzenēs.

Tāpēc daudzi atgriezeniski acetilholīnesterāzes inhibitori ir izmantoti kā pirmās paaudzes medikamenti šīs slimības un citu saistītu neirodeģeneratīvu stāvokļu ārstēšanai. Tie ietver donepezīlu, rivastigmīnu un galantamīnu.

Atsauces

1. Dvir, H., Silman, I., Harel, M., Rosenberry, TL, & Sussman, JL (2010). Acetilholīnesterāze: no 3D struktūras līdz funkcijai. Ķīmiski bioloģiskās mijiedarbības, 187, 10–22.
2. Houghton, P., Ren, Y., & Howes, M. (2006). Acetilholīnesterāzes inhibitori no augiem un sēnītēm. Dabisko produktu pārskati, 23, 181–199.
3. Krsti, DZ, Lazarevi, TD, Bonds, AM, & Vasi, VM (2013). Acetilholīnesterāzes inhibitori: farmakoloģija un toksikoloģija. Pašreizējā neirofarmakoloģija, 11, 315–335.
4. Mukherjee, PK, Kumar, V., Mal, M., & Houghton, PJ (2007). Acetilholīnesterāzes inhibitori no augiem. Phytomedicine, 14, 289–300.
5. Quinn, DM (1987). Acetilholīnesterāze: enzīma struktūra, reakcijas dinamika un virtuālās pārejas stāvokļi. Chem. Rev., 87, 955-979.
6. Racchi, M., Mazzucchelli, M., Porrello, E., Lanni, C., & Govoni, S. (2004). Acetilholīnesterāzes inhibitori: vecu molekulu jaunas aktivitātes. Farmakoloģiskie pētījumi, 50, 441-451.
7. Rozenbergs, T. (1975). Acetilholīnesterāze. Jaunumi enzimoloģijā un ar to saistītās molekulārās bioloģijas jomās, 43, 103. – 218.
8. Soreq, H., & Seidman, S. (2001). Acetilholīnesterāze - jaunas lomas vecam aktierim. Nature Reviews, 2, 294-302.
9. Talesa, VN (2001). Acetilholīnesterāze Alcheimera slimības gadījumā. Novecošanās un attīstības mehānismi, 122, 1961–1969.