ACETYLCHOLINESTERASE: STRUKTUR, FUNGSI DAN PERENCAT - BIOLOGI - 2026

The acetylcholinesterase (asetilkolina acetyl hydrolase, EC 3.1.1.7) adalah enzim yang didapati terutamanya dalam sistem saraf pusat. Tugasnya, seperti namanya, adalah pemprosesan hidrolitik neurotransmitter asetilkolin.

Ini adalah enzim yang berkaitan dengan membran sel yang berfungsi bersama dengan reseptor asetilkolin untuk memediasi pengujaan sel postynaptic dan mekanisme pemangkinnya sangat cepat.

Struktur Acetylcholinesterase (Sumber: Wikimedia Commons)

Dari sudut pandang mekanikal, enzim ini dapat dilihat sebagai hidrolase serin, dan dalam domain pemangkin di tapak aktifnya, ia mengandungi triad asam amino ciri protein protease: serin, histidin dan residu berasid. Walau bagaimanapun, residu berasid adalah glutamat, sedangkan serat protease biasanya mempunyai aspartat.

Struktur asetilkolin (Sumber: Alinebloom via Wikimedia Commons)

Salah satu pemerhatian pertama yang mengaitkan aktiviti pemangkin asetilkolinesterase dengan tisu saraf kolinergik dan tisu otot dibuat oleh Dale pada tahun 1914; kemudian telah ditentukan bahawa ia juga terdapat pada neuron bukan kolinergik dan dalam sel hematopoietik, osteogenik dan neoplastik.

Berkat kajian pelbagai organisma, kini diketahui bahawa enzim terdapat dalam membran pelbagai jenis sel seperti eritrosit, sel saraf dan otot, organ elektrik dan lain-lain.

Struktur

Struktur tersier dan kuarter

Dalam keadaan semula jadi atau "in vivo", asetilkolinesterase adalah enzim polimorfik yang terdiri daripada beberapa subunit pemangkin lebih kurang 80 kDa, yang berkumpul untuk membentuk struktur oligomer (dari beberapa subunit).

Kuantiti dan kerumitan subunit ini bergantung pada jenis sel dan spesies yang dipertimbangkan.

Sebilangan bentuk enzim yang lebih kompleks mempunyai subunit pemangkin dengan bentuk globular (G) atau asimetris (A) yang dihubungkan oleh jambatan disulfida. Jambatan disulfida adalah ikatan kovalen yang terbentuk di antara dua molekul sulfur kumpulan thiol (-SH) dari dua residu sistein asid amino.

Setiap subunit G mengandungi satu laman aktif, sementara subunit A umumnya ditandai dengan memiliki tiga domain struktur, iaitu: subunit pemangkin, ekor seperti kolagen yang kaya dengan residu glisin, hidroksiprolin dan hidroksiisin, dan lain-lain gam bukan kolagen (berbeza dengan kolagen).

Bentuk asimetrik asetilkolinesterase dikenali sebagai A12, A8, dan A4, yang masing-masing mempunyai 12, 8, dan 4 subunit pemangkin.

Secara amnya, residu domain katalitik di laman aktif terdapat di kawasan "dalam" subunit, yang dapat dilihat sebagai bertentangan dengan kadar tindak balas yang cepat yang menjadi pemangkin enzim ini dan tidak dapat diaksesnya substrat ke laman web ini. .

Terlepas dari polimorfisme enzim, kedua-dua subunit globular dan asimetrik mempunyai aktiviti pemangkin yang serupa.

Varian

Sel-sel tertentu selain daripada sel-sel saraf, seperti eritrosit, menghasilkan enzim asetilkolinesterase yang terutama globular, dimer dan kebanyakannya berkaitan dengan permukaan luar membran plasma.

Enzim eritrosit, walaupun kurang kompleksnya struktur, juga merupakan enzim amphipathic, yang domain pemangkin aktifnya terdapat di wilayah hidrofilik yang besar, sedangkan domain hidrofobik, yang mengandungi wilayah terminal karboksil, bertanggung jawab untuk mempertahankannya dalam membran .

Struktur utama

Sebilangan besar pengetahuan semasa mengenai urutan asetilkolinesterase berasal dari kajian enzim Torpedo californica, ikan pari yang hidup di Lautan Pasifik dan secara tradisional telah digunakan sebagai model organisma untuk kajian protein yang berbeza dari sistem saraf.

Subunit asetilkolinesterase disintesis sebagai pro-protein yang kemudian diproses untuk menghasilkan subunit matang. Setiap subunit terdiri daripada polipeptida kira-kira 575 asid amino dan berat molekul 65 kDa, yang meningkat dengan penambahan 7-8% residu karbohidrat (glikosilasi).

Kegiatan pemangkin dari tapak aktif subunit ditentukan oleh residu serin pada kedudukan 200, yang terdapat di kawasan "dalam" subunit pemangkin.

Variasi atau isoform yang berlainan dari enzim terdapat dalam organisma berkat laman yang berlainan untuk "penyambungan alternatif" RNA pra-utusan di kedua ujungnya (5 'dan 3'). Urutan terminal karboksil isoform setiap subunit adalah yang menentukan pemasangan oligomer antara satu sama lain.

ciri-ciri

Acetylcholinesterase adalah enzim dengan pelbagai fungsi biologi yang tidak semestinya saling berkaitan. Fakta yang dibuktikan oleh ekspresi pembezaannya semasa embriogenesis, pemanjangan saraf embrio, pengembangan otot dan sinaptogenesis.

Seperti yang dinyatakan di atas, ia mempunyai peranan penting dalam hidrolisis asetilkolin yang cepat dan dengan demikian dalam mengatur kesannya pada ruang sinaptik neuromuskular atau di ruang sinaptik kolinergik sistem saraf pusat.

Contoh fungsinya adalah pengecutan otot rangka, yang berlaku berkat sejenis sinaps kimia yang dikenali sebagai plat motor, yang terletak di antara motor neuron dan serat otot.

Dalam sinaps ini, beratus-ratus vesikel yang mengandungi asetilkolin diperoleh, yang dilepaskan dari neuron motor untuk penyebaran impuls elektrik.

Proses neurotransmisi ini cukup kompleks, bagaimanapun, penyertaan asetilkolinesterase sangat penting untuk penamatan transmisi sinaptik yang bergantung pada asetilkolin neurotransmitter, kerana ia mesti mengalami penurunan dan kemudian mesti meresap di luar celah sinaptik untuk memuncak dengan pengujaan membran.

Oleh itu, enzim asetilkolinesterase bertanggungjawab untuk mengatur kepekatan pemancar ini dalam sinaps neuromotor.

Fungsi enzim "tidak klasik" lain berkaitan dengan neuritogenesis atau pertumbuhan sel saraf; dengan proses lekatan sel, sinaptogenesis, pengaktifan neuron-dopamin dalam nigra substantia otak tengah, proses hematopoietik dan trombus puitis, antara lain.

Perencat

Inhibitor asetilkolinesterase berfungsi dengan menghalangnya daripada menghidrolisis asetilkolin, sehingga meningkatkan tahap dan jangka masa tindakan neurotransmitter ini. Mereka dapat diklasifikasikan, menurut mekanisme tindakan mereka, sebagai terbalik dan tidak dapat dipulihkan.

Perencat yang tidak dapat dipulihkan

Mereka adalah yang menghalang aktiviti hidrolitik asetilkolinesterase secara tidak dapat dipulihkan oleh pengikatan kovalennya ke residu serin di kawasan aktif enzim. Kumpulan ini terutamanya terdiri daripada organofosfat.

Secara amnya, ini adalah sebatian aktif yang terdapat di banyak racun serangga dan bertanggungjawab untuk sebilangan besar kematian akibat keracunan akibat kemalangan. Mereka adalah ester atau thiol yang berasal dari asid fosforik, fosfonik, fosfinat atau fosforamidik.

Sarin, tabun, soman dan siklosarin adalah antara sebatian yang paling beracun yang disintesis oleh manusia kerana ia dapat membunuh manusia dengan menyebabkan kegagalan pernafasan dan peredaran darah dengan menyekat asetilkolinesterase dalam sistem saraf periferi.

Struktur molekul perencat organofosfat «Sarin» (Sumber: Sivizius melalui Wikimedia Commons)

Sarin, misalnya, adalah "gas saraf" yang telah digunakan sebagai senjata kimia untuk keganasan.

Inhibitor yang boleh diterbalikkan

Susunan klasifikasi ini kumpulan perencat kompetitif dan tidak kompetitif yang berfungsi melalui karbamilasi sementara dan terbalik dari residu serin di tapak aktif dan banyak telah disintesis dan dimurnikan dari sumber tumbuhan atau kulat.

Karbamat seperti physostigmine dan neostigmine adalah inhibitor reversibel yang digunakan sebagai ubat untuk rawatan penyakit seperti glaukoma dan myasthenia gravis.

Ejen terapi lain dalam kumpulan ini juga digunakan untuk rawatan penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, penyumbatan usus pasca operasi (ileus pasca operasi), distensi pundi kencing, dan sebagai penawar untuk overdosis antikolinergik.

Butyrylcholinesterase

Mekanisme semula jadi yang menarik terhadap sebilangan penghambat asetilkolinesterase ada kaitannya dengan penyertaan enzim yang kurang spesifik yang dikenali sebagai butyrylcholinesterase.

Enzim ini juga mampu menghidrolisis asetilkolin dan pada masa yang sama ia boleh bertindak sebagai umpan molekul yang bertindak balas dengan toksin ini sebelum mereka memberi kesan negatif pada asetilkolinesterase.

Acetylcholinesterase dan penyakit Alzheimer

Acetylcholinesterase telah terbukti membentuk kompleks yang stabil dengan komponen plak pikun ciri patologi. Selanjutnya, beberapa corak glikosilasi enzim ini yang diubah berkaitan dengan kehadiran dan pembentukan plak amiloid di otak.

Oleh itu, banyak perencat asetilkolinesterase yang boleh diterbalikkan, telah digunakan sebagai ubat generasi pertama untuk rawatan penyakit ini dan keadaan neurodegeneratif lain yang berkaitan. Ini termasuk donepezil, rivastigmine, dan galantamine.

Rujukan

1. Dvir, H., Silman, I., Harel, M., Rosenberry, TL, & Sussman, JL (2010). Acetylcholinesterase: Dari struktur 3D berfungsi. Interaksi Kimia-Biologi, 187, 10–22.
2. Houghton, P., Ren, Y., & Howes, M. (2006). Inhibitor asetilkolinesterase dari tumbuhan dan kulat. Laporan Produk Semula jadi, 23, 181-199.
3. Krsti, DZ, Lazarevi, TD, Bond, AM, & Vasi, VM (2013). Inhibitor Acetylcholinesterase: Farmakologi dan Toksikologi. Neuropharmacology semasa, 11, 315-335.
4. Mukherjee, PK, Kumar, V., Mal, M., & Houghton, PJ (2007). Perencat asetilkolinesterase dari tumbuhan. Phytomedicine, 14, 289–300.
5. Quinn, DM (1987). Acetylcholinesterase: Struktur Enzim, Dinamika Reaksi, dan Keadaan Peralihan Maya. Chem. Rev., 87, 955-979.
6. Racchi, M., Mazzucchelli, M., Porrello, E., Lanni, C., & Govoni, S. (2004). Inhibitor asetilkolinesterase: aktiviti baru molekul lama. Penyelidikan Farmakologi, 50, 441-451.
7. Rosenberry, T. (1975). Asetilkolinesterase. Kemajuan dalam Enzimologi dan Bidang Berkaitan Biologi Molekul, 43, 103–218.
8. Soreq, H., & Seidman, S. (2001). Acetylcholinesterase - peranan baru untuk pelakon lama. Ulasan Alam, 2, 294-302.
9. Talesa, VN (2001). Acetylcholinesterase dalam penyakit Alzheimer. Mekanisme Penuaan dan Perkembangan, 122, 1961-1969.