ASETYYLIKOLIINIESTERAASI: RAKENNE, TOIMINNOT JA ESTÄJÄT - BIOLOGIA - 2025

Asetyylikoliiniesteraasin (asetyylikoliini asetyylihydrolaasia, EY 3.1.1.7) on entsyymi, jota esiintyy pääasiassa keskushermostoon. Sen tehtävä, kuten nimestä voi päätellä, on välittäjäaineen asetyylikoliinin hydrolyyttinen prosessointi.

Se on solumembraaniin liittyvä entsyymi, joka toimii yhdessä asetyylikoliinireseptorin kanssa välittämään postsynaptisten solujen viritystä ja jonka katalyyttinen mekanismi on yllättävän nopea.

Asetyylikoliiniesteraasin rakenne (Lähde: Wikimedia Commons)

Mekaanisesta näkökulmasta katsottuna tätä entsyymiä voidaan pitää seriinihydrolaasina ja aktiivisen kohdansa katalyyttisessä domeenissa se sisältää seriiniproteaaseille ominaisten aminohappojen kolmion: seriini, histidiini ja hapan jäännös. Hapan jäännös on kuitenkin glutamaatti, kun taas seriiniproteaaseilla on normaalisti aspartaatti.

Asetyylikoliinirakenne (Lähde: Alinebloom Wikimedia Commonsin kautta)

Yksi ensimmäisistä havainnoista, jotka yhdistivät asetyylikoliiniesteraasin katalyyttisen aktiivisuuden kolinergisiin hermo- ja lihaskudoksiin, teki Dale vuonna 1914; myöhemmin on määritetty, että sitä on läsnä myös ei-kolinergisissä neuroneissa ja hematopoieettisissa, osteogeenisissä ja neoplastisissa soluissa.

Eri organismien tutkimuksen ansiosta tällä hetkellä tiedetään, että entsyymi on läsnä erityyppisten solujen kalvoissa, kuten erytrosyytit, hermo- ja lihassolut, sähköelimet ja muut.

Rakenne

Tertiäärinen ja kvaternäärinen rakenne

Luonnollisissa tai "in vivo" olosuhteissa asetyylikoliiniesteraasi on polymorfinen entsyymi, joka koostuu useista enemmän tai vähemmän 80 kDa: n katalyyttisistä alayksiköistä, jotka kokoontuvat muodostamaan oligomeerisen rakenteen (useista alayksiköistä).

Näiden alayksiköiden määrä ja monimutkaisuus riippuvat solutyypistä ja tarkasteltavista lajeista.

Joillakin monimutkaisemmilla entsyymimuodoilla on katalyyttisiä alayksiköitä, joissa on globaalit (G) tai epäsymmetriset (A) muodot, jotka on kytketty disulfidisiltoilla. Disulfidisillat ovat kovalenttisia sidoksia, jotka muodostuvat aminohappo kysteiinin kahden tähteen tioliryhmien (-SH) kahden rikkimolekyylin välillä.

Jokainen G-alayksikkö sisältää yhden aktiivisen kohdan, kun taas A-alayksiköille on yleensä ominaista kolme rakenteellista domeenia, nimittäin: katalyyttiset alayksiköt, kollageenin kaltaiset pyrstöt, joissa on runsaasti glysiini-, hydroksiproliini- ja hydroksilysiinitähteitä, ja muut ei-kollageeniset liimat (erilaiset kuin kollageeni).

Asetyylikoliiniesteraasin epäsymmetriset muodot tunnetaan nimellä A12, A8 ja A4, joilla on vastaavasti 12, 8 ja 4 katalyyttistä alayksikköä.

Yleensä aktiivisen kohdan katalyyttisen domeenin jäännökset löytyvät alayksiköiden "syvältä" alueelta, jota voidaan pitää ristiriitaisena tämän entsyymin katalysoivan reaktion nopeuden ja substraatin ilmeisen saavuttamattomuuden suhteen näihin kohtiin nähden..

Riippumatta entsyymin polymorfismista, sekä globaaleilla että epäsymmetrisillä alayksiköillä on samanlaiset katalyyttiset aktiivisuudet.

variantit

Tietyt muut solut kuin hermosolut, kuten erytrosyytit, tuottavat asetyylikoliiniesteraasientsyymejä, jotka ovat pääosin globaaleja, dimerisiä ja liittyneet enimmäkseen plasmamembraanin ulkopintaan.

Erytrosyyttientsyymi, vaikkakin sen rakenteellinen monimutkaisuus on pienempi, on myös amfipaattinen entsyymi, jonka aktiivinen katalyyttinen domeeni löytyy suuresta hydrofiilisestä alueesta, kun taas hydrofobinen domeeni, joka sisältää karboksyyliterminaalisen alueen, vastaa sen ylläpidosta kalvossa..

Ensisijainen rakenne

Suuri osa nykyisestä tiedosta asetyylikoliiniesteraasisekvenssistä tuli Torpedo californica -entsyymin entsyymin tutkimuksesta, joka on Tyynellämerellä asuva piikkikala, jota on perinteisesti käytetty malliorganismina hermostoproteiinien tutkimiseksi.

Asetyylikoliiniesteraasi-alayksiköt syntetisoidaan proproteiineina, jotka sitten prosessoidaan antamaan kypsät alayksiköt. Jokainen alayksikkö koostuu noin 575 aminohapon ja 65 kDa: n molekyylipainon omaavasta polypeptidistä, jota lisätään lisäämällä 7 - 8% hiilihydraattijäämiä (glykosylaatio).

Alayksiköiden aktiivisen kohdan katalyyttinen aktiivisuus määritetään seriinitähteellä asemassa 200, joka löytyy katalyyttisten alayksiköiden "syvältä" alueelta.

Organismeissa esiintyy erilaisia ​​entsyymin variantteja tai isoformeja, johtuen eri kohdista pre-messenger-RNA: n "vaihtoehtoiselle silmukoinnille" niiden molemmissa päissä (5 'ja 3'). Kunkin alayksikön isoformin karboksyylipäätteinen sekvenssi on se, joka määrää oligomeerien kokoonpanon toistensa kanssa.

ominaisuudet

Asetyylikoliiniesteraasi on entsyymi, jolla on useita biologisia toimintoja, jotka eivät välttämättä ole yhteydessä toisiinsa. Tosiasia, jonka todistaa sen erilainen ilmentyminen alkion geneesin, alkion hermostoa laajentamisen, lihasten kehityksen ja synaptogeneesin aikana.

Kuten edellä korostettiin, sillä on tärkeä rooli asetyylikoliinin nopeassa hydrolyysissä ja siten sen vaikutuksen säätelemisessä keskushermoston neuromuskulaarisessa synaptisessa tilassa tai kolinergisissä synaptisissa tiloissa.

Esimerkki sen toiminnoista on luurankolihaksen supistuminen, joka tapahtuu moottoripäänlevyksi kutsutun kemiallisen synapsityypin avulla, joka sijaitsee motorisen neuronin ja lihaskuidun välissä.

Tässä synapsissa saadaan satoja asetyylikoliinilla ladattuja vesikkeleitä, jotka vapautuvat moottorihermosta sähköisen impulssin etenemistä varten.

Tämä hermostonsiirtoprosessi on melko monimutkainen, mutta asetyylikoliiniesteraasin osallistuminen on ratkaisevan tärkeää synaptisen välityksen lopettamiselle, joka riippuu välittäjäaineesta asetyylikoliinista, koska se on hajoava ja sen on sitten diffundoitava synaptisen raon ulkopuolelle, jotta se huipentuisi kalvon herättäminen.

Siten asetyylikoliiniesteraasi-entsyymi vastaa tämän lähettimen pitoisuuden säätelemisestä neuromotorisessa synapsissa.

Muut entsyymin "epäklassiset" toiminnot liittyvät hermosolujen neuritogeneesiin tai kasvuun; muun muassa soluadheesioprosessien, synaptogeneesin, neuronien-dopamiinin aktivoitumisen kanssa keskimmäisen aivon perusteellisessa nigrassa, hematopoieettiset prosessit ja poietic trombus.

estäjät

Asetyylikoliiniesteraasi-inhibiittorit toimivat estämällä sitä hydrolysoimasta asetyylikoliinia, mikä lisää tämän välittäjäaineen tasoa ja vaikutuksen kestoa. Ne voidaan luokitella toimintamekanisminsa perusteella palautuviksi ja peruuttamattomiksi.

Peruuttamattomat estäjät

Ne ovat sellaisia, jotka estävät peruuttamattomasti asetyylikoliiniesteraasin hydrolyyttistä aktiivisuutta sen kovalenttisella sitoutumisella entsyymin aktiivisen kohdan seriinitähteeseen. Tämä ryhmä koostuu pääosin organofosfaateista.

Nämä ovat yleensä aktiivisia yhdisteitä, joita löytyy monista hyönteismyrkkyistä, ja aiheuttavat suuren määrän vahingossa tapahtuvia myrkytyksiä. Ne ovat fosfori-, fosfooni-, fosfiini- tai fosforamidihaposta johdettuja estereitä tai tioleja.

Sariini, tabun, soman ja syklosariini ovat myrkyllisimpiä ihmisen syntetisoimia yhdisteitä, koska ne voivat tappaa ihmisen aiheuttamalla hengitys- ja verenkiertohäiriöitä estämällä asetyylikoliiniesteraasia ääreishermostossa.

Organofosfaattiestäjän «Sarin» molekyylirakenne (Lähde: Sivizius Wikimedia Commonsin kautta)

Esimerkiksi sariini on "hermokaasu", jota on käytetty kemiallisena aseena terrorismin käyttöön.

Palautuvat estäjät

Tämä luokitteluryhmä kilpailukykyisiä ja ei-kilpailukykyisiä estäjiä, jotka toimivat aktiivisen kohdan seriinitähteiden ohimenevän ja palautuvan karbamylaation kautta, ja monet on syntetisoitu ja puhdistettu kasvi- tai sienilähteistä.

Karbamaatit, kuten fysostigmiini ja neostigmiini, ovat palautuvia estäjiä, joita käytetään lääkkeinä sairauksien, kuten glaukooman ja myasthenia gravisin, hoidossa.

Muita tämän ryhmän terapeuttisia aineita käytetään myös Alzheimerin taudin, Parkinsonin taudin, leikkauksenjälkeisten suolitukosten (leikkauksen jälkeinen ileus), virtsarakon distenssin ja vasta-aineina antikolinergiseen yliannostukseen.

butyryylikolinesteraasin

Mielenkiintoinen luonnollinen mekanismi joitain asetyylikoliiniesteraasin estäjiä vastaan ​​liittyy vähemmäspesifisen entsyymin, joka tunnetaan nimellä butyryylikoliiniesteraasi, osallistumiseen.

Tämä entsyymi kykenee myös hydrolysoimaan asetyylikoliinia ja samalla se voi toimia molekyylikäsitteenä, joka reagoi näiden toksiinien kanssa ennen niiden negatiivista vaikutusta asetyylikoliiniesteraasiin.

Asetyylikoliiniesteraasi ja Alzheimerin tauti

Asetyylikoliiniesteraasin on osoitettu muodostavan vakaan kompleksin patologialle ominaisten seniilien plakkien komponenttien kanssa. Lisäksi jotkut tämän entsyymin muutetut glykosylaatiomallit ovat olleet yhteydessä amyloidisten plakkien esiintymiseen ja muodostumiseen aivoissa.

Siksi monia palautuvia asetyylikoliiniesteraasin estäjiä on käytetty ensimmäisen sukupolven lääkkeinä tämän taudin ja muiden siihen liittyvien neurodegeneratiivisten tilojen hoidossa. Näitä ovat donepetsiili, rivastigmiini ja galantamiini.

Viitteet

1. Dvir, H., Silman, I., Harel, M., Rosenberry, TL, ja Sussman, JL (2010). Asetyylikoliiniesteraasi: 3D-rakenteesta toimintaan. Chemico-Biological Interactions, 187, 10–22.
2. Houghton, P., Ren, Y., & Howes, M. (2006). Kasvien ja sienten asetyylikoliiniesteraasin estäjät. Natural Product Reports, 23, 181–199.
3. Krsti, DZ, Lazarevi, TD, Bond, AM ja Vasi, VM (2013). Asetyylikoliiniesteraasin estäjät: Farmakologia ja toksikologia. Nykyinen neurofarmakologia, 11, 315–335.
4. Mukherjee, PK, Kumar, V., Mal, M., & Houghton, PJ (2007). Kasvien asetyylikoliiniesteraasin estäjät. Phytomedicine, 14, 289–300.
5. Quinn, DM (1987). Asetyylikoliiniesteraasi: entsyymin rakenne, reaktion dynamiikka ja virtuaaliset siirtymätilat. Chem. Rev., 87, 955-979.
6. Racchi, M., Mazzucchelli, M., Porrello, E., Lanni, C., ja Govoni, S. (2004). Asetyylikoliiniesteraasin estäjät: vanhojen molekyylien uudet vaikutukset. Farmakologinen tutkimus, 50, 441 - 451.
7. Rosenberry, T. (1975). Asetyylikoliiniesteraasi. Edistymistä entsymologiassa ja siihen liittyvillä alueilla, molekyylibiologia, 43, 103–218.
8. Soreq, H., ja Seidman, S. (2001). Asetyylikoliiniesteraasi - uudet roolit vanhalle näyttelijälle. Nature Reviews, 2, 294-302.
9. Talesa, VN (2001). Asetyylikoliiniesteraasi Alzheimerin taudissa. Ikääntymisen ja kehityksen mekanismit, 122, 1961–1969.