ACETILKOLINÉSZTERÁZ: SZERKEZET, FUNKCIÓK ÉS INHIBITOROK - BIOLÓGIA - 2026

Az acetilkolinészteráz (acetilkolin-acetil-hidroláz, EC 3.1.1.7) egy enzim, amelyet elsősorban a központi idegrendszerben találnak. Feladata, amint a neve is sugallja, a neurotranszmitter acetilkolin hidrolitikus feldolgozása.

Ez egy olyan sejtmembránhoz kapcsolódó enzim, amely az acetilkolin receptorral együtt működik a posztszinaptikus sejtek gerjesztésének közvetítésében, és amelynek katalitikus mechanizmusa meglepően gyors.

Az acetilkolinészteráz felépítése (Forrás: Wikimedia Commons)

Mechanikai szempontból ez az enzim szerin-hidroláznak tekinthető, és aktív helyének katalitikus doménjében a szerin proteázokra jellemző aminosav-triádot tartalmaz: szerint, hisztidint és egy savas maradékot. A savas maradék azonban glutamát, míg a szerin-proteázok általában aszpartátot tartalmaznak.

Acetilkolin szerkezete (Forrás: Alinebloom a Wikimedia Commons segítségével)

Dale 1914-ben az egyik első megfigyelés, amely az acetilkolinészteráz katalitikus aktivitását összekapcsolta a kolinerg idegszövetekkel és az izomszövetekkel; később megállapítottuk, hogy a nem kolinerg idegsejtekben, valamint a vérképzéses, oszteogén és neoplasztikus sejtekben is megtalálható.

Különböző organizmusok tanulmányozásának köszönhetően jelenleg ismert, hogy az enzim különféle típusú sejtek membránjában található, például eritrocitákban, ideg- és izomsejtekben, elektromos szervekben és másokban.

Szerkezet

Harmadik és negyedik szerkezet

Természetes vagy "in vivo" körülmények között az acetilkolinészteráz egy polimorf enzim, amely több, legalább 80 kDa-nál nagyobb katalitikus alegységből áll, amelyek oligomer szerkezetet képeznek (több alegységből).

Ezen alegységek mennyisége és összetettsége a sejt típusától és a figyelembe vett fajtól függ.

Néhány bonyolultabb enzimformának katalitikus alegységei vannak globuláris (G) vagy aszimmetrikus (A) formákkal, amelyeket diszulfid hidak kapcsolnak össze. A diszulfidhidak kovalens kötések, amelyek a cisztein aminosav két maradékának tiolcsoportjai (-SH) két kénmolekulája között képződnek.

Minden G alegység egyetlen aktív helyet tartalmaz, míg az A alegységeket általában három szerkezeti domén jellemzi, nevezetesen: katalitikus alegységek, glicinben gazdag kollagén-szerű farok, hidroxi-prolin és hidroxilizin csoportok és egyéb nem kollagén ragasztók (különböznek a kollagéntől).

Az acetilkolinészteráz aszimmetrikus formáit A12, A8 és A4 formátumban ismertek, amelyeknek 12, 8 és 4 katalitikus alegysége van.

Általában a katalitikus domén maradékai az aktív helyben az alegységek "mély" régiójában találhatók, ami ellentmondásosnak tekinthető az enzimet katalizáló gyors reakciósebesség és a szubsztrát látható elérhetetlensége szempontjából ezen helyek számára..

Az enzim polimorfizmusától függetlenül, mind a globális, mind az aszimmetrikus alegységek hasonló katalitikus aktivitással rendelkeznek.

Változatok

Az idegsejteken kívüli bizonyos sejtek, mint például az eritrociták, acetilkolinészteráz enzimeket termelnek, amelyek túlnyomórészt gömbölyűek, dimerek, és leginkább a plazmamembrán külső felületéhez kapcsolódnak.

Az eritrocita enzim, bár kevésbé bonyolult szerkezetű, ugyanakkor egy amfipátiás enzim is, amelynek aktív katalitikus doménje a nagy hidrofil régióban található, míg a karboxil-terminális régiót tartalmazó hidrofób domén felelős annak fenntartásáért a membránban..

Elsődleges szerkezet

Az acetilkolinészteráz szekvenciájával kapcsolatos jelenlegi ismeretek nagy része a Torpedo californica enzim vizsgálatából származik, amely a Csendes-óceánon élő szarvashal, amelyet hagyományosan mintás organizmusként használnak az idegrendszer különböző fehérjéinek tanulmányozására.

Az acetilkolinészteráz alegységeket proproteinek formájában szintetizálják, amelyeket azután feldolgoznak, hogy érett alegységeket kapjanak. Mindegyik alegység körülbelül 575 aminosavból és 65 kDa molekulatömegű polipeptidből áll, amelyet 7-8% szénhidrát maradék hozzáadásával (glikozilezés) növelünk.

Az alegységek aktív helyének katalitikus aktivitását egy 200-as helyzetben levő szerinmaradék határozza meg, amely a katalitikus alegységek "mély" régiójában található.

Az enzim különböző variánsai vagy izoformái léteznek az organizmusokban, mivel a pre-messenger RNS-ek mindkét végükön (5 'és 3') különböző helyek vannak "alternatív splicing" -ként. Az egyes alegységek izoformájának karboxil-terminális szekvenciája határozza meg az oligomerek egymással való összeállítását.

Jellemzők

Az acetilkolinészteráz olyan enzim, amelynek több biológiai funkciója van, amelyek nem feltétlenül kapcsolódnak egymáshoz. Az a tény, hogy az embriogenezis, az embrionális idegi meghosszabbítás, az izomfejlődés és a synaptogenesis során differenciáltan expresszálódik.

Amint azt a fentiekben kiemeltük, fontos szerepet játszik az acetilkolin gyors hidrolízisében, és ezért hatásának szabályozásában a központi idegrendszer neuromuszkuláris szinaptikus térében vagy kolinerg szinaptikus tereiben.

Funkcióira példa a vázizom összehúzódása, amely egy motoros véglemez néven ismert kémiai szinapsának köszönhető, amely a motoros neuron és az izomrost között helyezkedik el.

Ebben a szinapszisban több száz acetilkolinnal töltött vezikulum képződik, amelyeket az elektromos impulzus továbbadása céljából felszabadítanak a motor neuronból.

Ez a neurotranszmissziós folyamat meglehetősen bonyolult, azonban az acetilkolinészteráz részvétele elengedhetetlen a szinaptikus transzmisszió befejezéséhez, amely az acetilkolin neurotranszmitterétől függ, mivel ezt le kell bomlani, majd diffundálni kell a szinaptikus hasadékon kívül, hogy a membrán gerjesztés.

Tehát az acetilkolinészteráz enzim felelős ezen adó koncentrációjának szabályozásáért a neuromotoros szinapszisban.

Az enzim egyéb "nem klasszikus" funkciói az idegsejtek neuritogenezisével vagy növekedésével kapcsolatosak; többek között a sejtadhézió, a synaptogenesis, a neuronok-dopamin aktiválása a középső agy lényegi nigrájában, hematopoietikus folyamatok és költői trombusok révén.

inhibitorok

Az acetilkolinészteráz-gátlók úgy működnek, hogy megakadályozzák az acetilkolin hidrolízisét, ezáltal növelik ezen neurotranszmitter szintjét és időtartamát. A hatásmechanizmusuk szerint besorolhatók visszafordítható és visszafordíthatatlanokként.

Irreverzibilis gátlók

Ezek azok, amelyek visszafordíthatatlanul gátolják az acetilkolinészteráz hidrolitikus aktivitását azáltal, hogy kovalensen kötődnek az enzim aktív helyén lévő szerinmaradékhoz. Ez a csoport elsősorban a szerves foszfátokból áll.

Általában ezek a sok rovarirtó szerben található aktív vegyületek, amelyek nagyszámú véletlen mérgezési halálesetet okoznak. Ezek foszforsavból, foszfonsavból, foszfinsavból vagy foszforamidsavból származó észterek vagy tiolok.

A szarin, a tabun, a soman és a ciklosarin az ember által szintetizált legmérgezőbb vegyületek közé tartoznak, mivel a perifériás idegrendszerben az acetilkolinészteráz blokkolásával elpusztíthatják a légzési és keringési elégtelenség kiváltásával az embert.

A «Sarin» szerves foszfátgátló molekuláris szerkezete (Forrás: Sivizius a Wikimedia Commons segítségével)

A Sarin például egy "ideggáz", amelyet terrorista célokra vegyi fegyverként használtak.

Megfordítható inhibitorok

A versenyképes és nem versenyképes inhibitorok ezen osztályozási sorrendje, amely a szerinmaradéknak az aktív helyén átmeneti és reverzibilis karbamilezésén keresztül működik, és sokan szintetizáltak és tisztítottak növényi vagy gombás forrásokból.

A karbamátok, például a fizosztigmin és a neostigmin reverzibilis inhibitorok, amelyeket gyógyszerekként használnak olyan betegségek kezelésére, mint például a glaukóma és a myasthenia gravis.

Az ebbe a csoportba tartozó egyéb terápiás szereket Alzheimer-kór, Parkinson-kór, műtét utáni bél obstrukcióinak (posztoperatív ileusz), hólyag-disztenzió és antidolinerg túladagolás antidotumainak kezelésére is használják.

butinilkolinészteráz

Az acetilkolinészterázt gátló anyagokkal szemben egy érdekes természetes mechanizmus a butirilkolinészteráz néven ismert kevésbé specifikus enzim részvételével kapcsolatos.

Ez az enzim az acetilkolin hidrolízisére is képes, ugyanakkor molekuláris csalétekként is képes reagálni ezekkel a toxinokkal, mielőtt negatív hatást gyakorolnának az acetilkolinészterázra.

Acetilkolinészteráz és Alzheimer-kór

Kimutatták, hogy az acetilkolinészteráz stabil komplexet képez a patológiára jellemző szenilis plakkok komponenseivel. Ezen túlmenően ezen enzim néhány megváltozott glikozilációs mintája kapcsolatban áll az amiloid plakkok jelenlétével és kialakulásával az agyban.

Ezért számos reverzibilis acetilkolinészteráz-gátlót alkalmaztak első generációs gyógyszerként e betegség és más kapcsolódó neurodegeneratív állapotok kezelésére. Ide tartoznak a donepezil, a rivasztigmin és a galantamin.

Irodalom

1. Dvir, H., Silman, I., Harel, M., Rosenberry, TL és Sussman, JL (2010). Acetilkolinészteráz: 3D struktúrától funkcionálisig. Chemico-Biological Interactions, 187, 10–22.
2. Houghton, P., Ren, Y., és Howes, M. (2006). Növényekből és gombákból származó acetilkolinészteráz inhibitorok. Natural Product Reports, 23, 181–199.
3. Krsti, DZ, Lazarevi, TD, Bond, AM és Vasi, VM (2013). Acetilkolinészteráz inhibitorok: Farmakológia és toxikológia. Current Neuropharmacology, 11, 315–335.
4. Mukherjee, PK, Kumar, V., Mal, M., és Houghton, PJ (2007). Növényekből származó acetilkolinészteráz inhibitorok. Phytomedicine, 14, 289–300.
5. Quinn, DM (1987). Acetilkolinészteráz: enzimszerkezet, reakciódinamika és virtuális átmeneti állapotok. Chem. Rev., 87, 955-979.
6. Racchi, M., Mazzucchelli, M., Porrello, E., Lanni, C., és Govoni, S. (2004). Acetilkolinészteráz gátlók: a régi molekulák új tevékenységei. Pharmacological Research, 50, 441-451.
7. Rosenberry T. (1975). Az acetilkolinészteráz. Haladások az enzimológiában és a molekuláris biológia kapcsolódó területein, 43, 103–218.
8. Soreq, H. és Seidman, S. (2001). Acetilkolinészteráz - új szerepek egy régi színész számára. Nature Reviews, 2, 294-302.
9. Talesa, VN (2001). Acetilkolinészteráz Alzheimer-kórban. Az öregedés és fejlődés mechanizmusai, 122, 1961–1969.