Acetilcolinesterase

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Acetilcolinesterase
A acetilcolinesterase cataliza a hidrólise da acetilcolina a acetato e colina
Identificadores
Número EC 3.1.1.7
Número CAS 9000-81-1
Bases de datos
IntEnz vista de IntEnz
BRENDA entrada de BRENDA
ExPASy vista de NiceZyme
KEGG entrada de KEGG
MetaCyc vía metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology AmiGO / EGO
ACHE
Estruturas dispoñibles
PDBBuscar ortólogos: PDBe, RCSB
Identificadores
Nomenclatura
Identificadores
externos
LocusCr. 7 q22.1
Padrón de expresión de ARNm
Máis información
Ortólogos
Especies
Humano Rato
Entrez
43 11423
Ensembl
Véxase HS Véxase MM
UniProt
P22303 P21836
RefSeq
(ARNm)
NM_000665 NM_001290010
RefSeq
(proteína) NCBI
NP_000656 NP_001276939
Localización (UCSC)
Cr. 7:
100.89 – 100.9 Mb
Cr. 5:
137.29 – 137.29 Mb
PubMed (Busca)
43


11423

A acetilcolinesterase (símbolo de HGNC ACHE; EC 3.1.1.7; nome sistemático acetilcolina acetilhidrolase), tamén coñecido como AChE, AChase ou acetilhidrolase, é a principal colinesterase do corpo humano. É un encima que cataliza a degradación por hidrólise da acetilcolina e algúns outros ésteres de colina que funcionan como neurotransmisores, segundo a seguinte reacción:

acetilcolina + H2O colina + acetato

Encóntrase principalmente nas unións neuromusculares e en sinapses químicas de tipo colinérxico, onde a súa actividade serve para terminar a transmisión sináptica. Pertence á familia encimática da carboxilesterase. É a diana principal de inhibición para os compostos organofosforados, como os axentes nerviosos e pesticidas.

Estrutura e mecanismo do encima[editar | editar a fonte]

Mecanismo de acción da AChe[1]

A AChE é unha hidrolase que hidroliza ésteres da colina. Ten unha alta actividade catalítica, xa que a molécula da AChE degrada unhas 25.000 moléculas de acetilcolina (ACh) por segundo, aproximándose ao límite permitido pola difusión do substrato.[2][3] O sitio activo da AChE comprende dous subsitios: o subsitio aniónico e o subsitio esterático. A estrutura e o mecanismo de acción da AChE foi dilucidada partir da estrutura cristalina do encima.[4][5]

O subsitio aniónico acomoda a amina cuaternaria positiva da acetilcolina, así como outros substratos catiónicos e inhibidores. Os substratos catiónicos non se unen a un aminoácido cargado negativamente no sitio aniónico, senón que interaccionan con 14 residuos aromáticos que tapizan unha garganta que leva cara ao sitio activo.[6][7][8] Todos os 14 aminoácidos na garganta aromática están moi conservados en diferentes especies.[9] Entre os aminoácidos aromáticos, o triptófano 84 é esencial e a súa substitución por alanina ten como resultado unha reactividade 3000 veces menor.[10] A garganta é aproximadamente de 20 ángstroms de profundidade e de 5 ángstroms de ancho.[11]

O subsitio esterático, onde se hidroliza a acetilcolina a acetato e colina, contén a tríade catalítica cos seguintes tres aminoácidos: serina 203, histidina 447 e glutamato 334. Estes tres aminoácidos son similares á tríade doutras serina proteases excepto que o glutamato é o terceiro membro en vez de aspartato. Ademais, a tríade ten quiralidade oposta á doutras proteases.[12] A reacción de hidrólise do éster carboxilo causa a formación dun acil-encima e colina libre. Despois, o acil-encima sofre un ataque nucleofílico por unha molécula de auga, axudado polo grupo histidina 440, liberando ácido acético e rexenerando o encima libre.[13][14]

Especies[editar | editar a fonte]

A AChE atópase en moitas especies, incluíndo a humana e outros mamíferos, invertebrados e plantas.[15][16][17][18]

Nos humanos a AChE é un encima colinérxico implicado na hidrólise do neurotransmisor acetilcolina (ACh) nos seus constituíntes colina e acetato.[15] En conxunto, en mamíferos a AChE intervén principalmente na terminación do impulso de transmisión en sinapses colinérxicas catalizando a hidrólise rápida do neurotransmisor acetilcolina.[15] En invertebrados, a AChE exerce unha función similar no proceso de condución nerviosa na unión neuromuscular. Está situada xeralmente nas membranas destes animais e controla as correntes iónicas en membranas excitables.[17][18]

En plantas, as funcións biolóxicas da AChE son menos claras, e a súa exisrencia foi recoñecida por probas indirectas da súa actiidade. Por exemplo, un estudo feito en Solanum lycopersicum (tomate) identificou 87 xenes SlAChE que conteñen o dominio lipase/acilhidrolase GDSL. O estudo tamén demostrou a regulación á alza e á baixa dos xenes SlAChE en condicións de estrés de salinidade.[15]

Algúns fungos mariños producen compostos que inhiben a AChE. Porén, o papel específico e os mecanismos da AChE en fungos non están tan ben estudados como nos mamíferos.[18] A presenza e función da AChE en bacterias non está ben documentada.[18]

Función biolóxica[editar | editar a fonte]

Durante a neurotransmisión, a ACh libérase das neuronas presinápticas e pasa á fenda sináptica e únese a receptores para a ACh na membrana postsináptica, transmitindo o sinal procedene do nervio. A AChE, que tamén está localizada na membrana postsináptica, termina a transmisión do sinal ao hidrolizar a ACh. A colina liberada é captada de novo pola neurona presináptica e a ACh sintetízase combinándose con acetil-CoA pola acción da colina acetiltransferase.[19][20]

Un fármaco colinomimético altera este proceso actuando como un neurotransmisor colinérxico que é inmune á acción lítica da acetilcolinesterase.

Importancia en enfermidades[editar | editar a fonte]

Os fármacos ou toxinas que inhiben a AChE causan que nas sinapses persistan altas concentacións de ACh, orixinando un incremento da sinalización colinérxica no sistema nervioso central, ganglios autónomos e unións neuromusculares.[21]

Mecanismo dos inhibidores da AChE

Os inhibidores irreversibles da AChE poden causar parálise muscular, convulsións, constrición bronquial e morte por asfixia. Os organofosfatos, ésteres do ácido fosforico, son unha clase de inhibidores irreversibles da AChE.[22] A clivaxe dos organofosfatos pola AChE dá lugar a grupos fosforilo no sitio esterático, os cales son lentos de hidrolizar (tardan días) e poden quedar enlazados covalentemente. Os inhibidores irreversibles da AChE utilizáronse en insecticidas (por exemplo, no malathion) e gases nerviosos para a guerra química (por exemplo, Sarin e VX). Os carbamatos, ésteres do ácido N-metil carbámico, son inhibidores da AChE que se hidrolizan en horas e foron utilizados con fins médicos (por exemplo, fisostigmina para o tratamento do glaucoma). Os inhibidores irreversibles ocupan o sitio esteárico durante curtos períodos de tempo (segundos ou minutos) e utilízanse para tratar diversas doenzas do sistema nervioso central. A tetrahidroaminoacridina (THA) e o donepezil foron aprobados pola FDA norteamericana para mellorar a función cognitiva en pacientes da enfermidade de Alzheimer. A rivastigmina tamén se usa para tratar o alzhéimer e a demencia de corpos de Lewy, e o bromuro de piridostigmina úsase para tratar a miastenia grave.[23][24][25][26][27][28]

Un inhibidor endóxeno da AChE en neuronas é o microARN Mir-132, que pode limitar a inflamación no cerebro ao silenciar a expresión desta proteína e permitir que a ACh actúe atenuando a inflamación.[29]

Tamén se viu que o principal ingrediente activo do cánnabis, o tetrahidrocannabinol, é un inhibidor competitivo da acetilcolinesterase.[30]

Distribución[editar | editar a fonte]

A AChE atópase en moitos tipos de tecidos condutores: nervios e músculos, tecidos centrais e periféricos, fibras motoras e sensoriais, e fibras colinérxicas e non colinérxicas. A actividade da AChE é maior en neuronas motoras que en neuronas sensoriais.[31][32][33]

A acetilcolinesterase tamén se atopa nas membranas dos glóbulos vermellos, onde diferentes formas constitúen os antíxenos do grupo sanguíneo Yt.[34] A acetilcolinesterase existe en múltiples formas moleculares, as cales posúen propiedades catalíticas similares, pero difiren na súa ensamblaxe oligomérica e modo de adhesión á superficie celular.

Xene AChE[editar | editar a fonte]

En mamíferos a acetilcolinesterase está codificada por un só xene, mentres que en invertebrados existen varios xenes para ela. Porén, os vertebrados superiores tamén codifican un parálogo estreitamente relacionado chamado BCHE (butirilcolinesterase) que ten un 50 % de identidade de aminoácidos coa ACHE.[35] A diversidade nos produtos transcritos polo xene único dos mamíferos orixínase por empalme alternativo do ARNm e asociacións postraducionais de subunidades catalíticas e estruturais. Coñécense tres formas: T (do inglés tail, 'cola'), R (do inglés readthrough, ~'ensaio previo') e H (de hidrófoba).[36]

AChET[editar | editar a fonte]

A principal forma de acetilcolinesterase atopada no cerebro, músculo e outros tecidos, é a especie hidrófila, que forma oligómeros ligados a disulfuro coas subunidades estruturais de contido colaxenoso, ou lipídico. Nas unións neuromusculares a AChE exprésase nunha forma asimétrica, a cal se asocia con ColQ ou a subunidade. No sistema nervioso central está asociado con PRiMA, que significa en inglés Proline Rich Membrane Anchor (Áncora da Membrana Rica en Prolina) para orixinar a forma simétrica. En ambos os casos, a ColQ ou a áncora PRiMA serven para manter o encima na unión intercelular, concretamente ColQ na unión neuromuscular e PRiMA nas sinapses.

AChEH[editar | editar a fonte]

Outra forma empalmada alternativamente é a H, expresada principalmente nos tecidos eritroides, que difire no C-terminal e contén un péptido hidrófobo clivable cun sitio de áncora PI. Asóciase coas membranas por medio de residuos de fosfoinosítido (PI) engadidos postraducionalmente.[37]

AChER[editar | editar a fonte]

O terceiro tipo ata agora só se atopou nas raias Torpedo sp. e nos ratos, aínda que se hipotetiza a súa presenza noutras especies. Pénsase que está implicado na resposta ao estrés e, posiblemente, na inflamación.[38]

Nomenclature[editar | editar a fonte]

As variacións na nomenclatura da ACHE e das colinesterases en xeral discútense en Colinesterase § Tipos e nomenclatura.

Inhibidores[editar | editar a fonte]

Para a acetilcolinesterase (AChE), os inhibidores reversibles son aqueles que non se unen irreversiblemente e desactivan a AChE.[39] Os fármacos que inhiben reversiblemente a acetilcolinesterase están sendo explorados como tratamentos para a enfermidade de Alzheimer e a miastenia grave, ente outras doenzas. Exemplos son a tacrina e o donepezil.[40]

A exposición aos inhibidores da acetilcolinesterase é unha das varias explicacións estudadas para os síntomas cognitivos crónicos que presentaban algúns veteranos que regresaron da guerra do golfo. Os soldados recibiron doses da AChEI bromuo de piridostigmina (PB) como protección contra armas químicas como os axentes nerviosos. Investigadores da Escola de Medicina da Universidade de Carolina do Sur, estudando os niveis de acetilcolina usando microdiálise e HPLC-ECD, determinaron que o bromuro de piridostigmina, cando se combinaba cun elemento de estrés, pode orixinar respostas cognitivas.[41]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Katzung BG (2001). "Introduction to Autonomic Pharmacology". Basic and Clinical Pharmacology (8ª ed.). McGraw-Hill. pp. 75–91. ISBN 978-0-07-160405-5. 
  2. Quinn DM (1987). "Acetylcholinesterase: enzyme structure, reaction dynamics, and virtual transition states". Chemical Reviews 87 (5): 955–79. doi:10.1021/cr00081a005. 
  3. Taylor P, Radić Z (1994). "The cholinesterases: from genes to proteins". Annual Review of Pharmacology and Toxicology 34: 281–320. PMID 8042853. doi:10.1146/annurev.pa.34.040194.001433. 
  4. Sussman JL, Harel M, Frolow F, Oefner C, Goldman A, Toker L, Silman I (agosto de 1991). "Atomic structure of acetylcholinesterase from Torpedo californica: a prototypic acetylcholine-binding protein". Science 253 (5022): 872–9. Bibcode:1991Sci...253..872S. PMID 1678899. doi:10.1126/science.1678899. 
  5. Sussman JL, Harel M, Silman I (xuño de 1993). "Three-dimensional structure of acetylcholinesterase and of its complexes with anticholinesterase drugs". Chem. Biol. Interact. 87 (1–3): 187–97. Bibcode:1993CBI....87..187S. PMID 8343975. doi:10.1016/0009-2797(93)90042-W. 
  6. Radić Z, Gibney G, Kawamoto S, MacPhee-Quigley K, Bongiorno C, Taylor P (outubro de 1992). "Expression of recombinant acetylcholinesterase in a baculovirus system: kinetic properties of glutamate 199 mutants". Biochemistry 31 (40): 9760–7. PMID 1356436. doi:10.1021/bi00155a032. 
  7. Ordentlich A, Barak D, Kronman C, Ariel N, Segall Y, Velan B, Shafferman A (febreiro de 1995). "Contribution of aromatic moieties of tyrosine 133 and of the anionic subsite tryptophan 86 to catalytic efficiency and allosteric modulation of acetylcholinesterase". J. Biol. Chem. 270 (5): 2082–91. PMID 7836436. doi:10.1074/jbc.270.5.2082. 
  8. Ariel N, Ordentlich A, Barak D, Bino T, Velan B, Shafferman A (outubro de 1998). "The 'aromatic patch' of three proximal residues in the human acetylcholinesterase active centre allows for versatile interaction modes with inhibitors". Biochem. J. 335 (1): 95–102. PMC 1219756. PMID 9742217. doi:10.1042/bj3350095. 
  9. Ordentlich A, Barak D, Kronman C, Flashner Y, Leitner M, Segall Y, Ariel N, Cohen S, Velan B, Shafferman A (agosto de 1993). "Dissection of the human acetylcholinesterase active center determinants of substrate specificity. Identification of residues constituting the anionic site, the hydrophobic site, and the acyl pocket". J. Biol. Chem. 268 (23): 17083–95. PMID 8349597. doi:10.1016/S0021-9258(19)85305-X. 
  10. Tougu V (2001). "Acetylcholinesterase: Mechanism of Catalysis and Inhibition". Current Medicinal Chemistry - Central Nervous System Agents 1 (2): 155–170. doi:10.2174/1568015013358536. 
  11. Cheng S, Song W, Yuan X, Xu Y (2017). "Gorge Motions of Acetylcholinesterase Revealed by Microsecond Molecular Dynamics Simulations". Scientific Reports 7 (1): 3219. Bibcode:2017NatSR...7.3219C. PMC 5468367. PMID 28607438. doi:10.1038/s41598-017-03088-y. 
  12. Tripathi A (outubro de 2008). "Acetylcholinsterase: A Versatile Enzyme of Nervous System". Annals of Neurosciences 15 (4): 106–111. doi:10.5214/ans.0972.7531.2008.150403. 
  13. Pauling L (1946). "Molecular Architecture and Biological Reactions" (PDF). Chemical & Engineering News 24 (10): 1375–1377. doi:10.1021/cen-v024n010.p1375. 
  14. Fersht A (1985). Enzyme structure and mechanism. San Francisco: W.H. Freeman. pp. 14. ISBN 0-7167-1614-3. 
  15. 15,0 15,1 15,2 15,3 Sarangle Y, Bamel K, Purty RS (2023). "Identification of Acetylcholinesterase Like Gene Family and Its Expression Under Salinity Stress in Solanum lycopersicum". Journal of Plant Growth Regulation. doi:10.1007/s00344-023-11152-3. 
  16. Tripathi A, Srivastava UC (2 de xaneiro de 2010). "Acetylcholinesterase :A Versatile Enzyme of Nervous System". Annals of Neurosciences 15 (4): 106–111. doi:10.5214/ans.0972.7531.2008.150403. 
  17. 17,0 17,1 Gaitonde D, Sarkar A, Kaisary S, Silva CD, Dias C, Rao DP, Ray D, Nagarajan R, De Sousa SN, Sarker S, Patill D (2006). "Acetylcholinesterase activities in marine snail (Cronia contracta) as a biomarker of neurotoxic contaminants along the Goa coast, West coast of India". Ecotoxicology 15 (4): 353–358. Bibcode:2006Ecotx..15..353G. PMID 16676216. doi:10.1007/s10646-006-0075-3. 
  18. 18,0 18,1 18,2 18,3 Nie Y, Yang W, Liu Y, Yang J, Lei X, Gerwick WH, Zhang Y (2020). "Acetylcholinesterase inhibitors and antioxidants mining from marine fungi: Bioassays, bioactivity coupled LC–MS/MS analyses and molecular networking". Marine Life Science & Technology 2 (4): 386–397. Bibcode:2020MLST....2..386N. doi:10.1007/s42995-020-00065-9. 
  19. Whittaker VP (1990). "The Contribution of Drugs and Toxins to Understanding of Cholinergic Function" (PDF). Trends in Pharmacological Sciences 11 (1): 8–13. PMID 2408211. doi:10.1016/0165-6147(90)90034-6. hdl:11858/00-001M-0000-0013-0E8C-5. 
  20. Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, Hall WC, LaMantia AS, McNamara JO, White LE (2008). Neuroscience (4th ed.). Sinauer Associates. pp. 121–2. ISBN 978-0-87893-697-7. 
  21. English BA, Webster AA (2012). "Acetylcholinesterase and its Inhibitors". Primer on the Autonomic Nervous System. Elsevier. pp. 631–633. ISBN 978-0-12-386525-0. doi:10.1016/b978-0-12-386525-0.00132-3. 
  22. "National Pesticide Information Center-Diazinon Technical Fact Sheet" (PDF). Consultado o 24 de febreiro de 2012. 
  23. "Clinical Application: Acetylcholine and Alzheimer's Disease". Consultado o 24 de febreiro de 2012. 
  24. Stoelting RK (1999). Anticholinesterase Drugs and Cholinergic Agonists", in Pharmacology and Physiology in Anesthetic Practice. Lippincott-Raven. ISBN 978-0-7817-5469-9. Arquivado dende o orixinal o March 3, 2016. Consultado o 26 de febreiro de 2012. 
  25. Taylor P, Hardman JG, Limbird LE, Molinoff PB, Ruddon RW, Gilman AG (1996). "5: Autonomic Pharmacology: Cholinergic Drugs". The Pharmacologial Basis of Therapeutics. THe McGraw-Hill Companies. pp. 161–174. ISBN 978-0-07-146804-6. Arquivado dende o orixinal o 4 de marzo de 2016. Consultado o 26 de febreiro de 2012. 
  26. Blumenthal D, Brunton L, Goodman LS, Parker K, Gilman A, Lazo JS, Buxton I (1996). "5: Autonomic Pharmacology: Cholinergic Drugs". Goodman & Gilman's The pharmacological basis of therapeutics. Nova York: McGraw-Hill. pp. 1634. ISBN 978-0-07-146804-6. 
  27. Drachman DB, Isselbacher KJ, Braunwald E, Wilson JD, Martin JB, Fauci AS, Kasper DL (1998). Harrison's Principles of Internal Medicine (14 ed.). The McCraw-Hill Companies. pp. 2469–2472. ISBN 978-0-07-020291-7. 
  28. Raffe RB (2004). Autonomic and Somatic Nervous Systems in Netter's Illustrated Pharmacology. Elsevier Health Science. p. 43. ISBN 978-1-929007-60-8. 
  29. Shaked I, Meerson A, Wolf Y, Avni R, Greenberg D, Gilboa-Geffen A, Soreq H (2009). "MicroRNA-132 potentiates cholinergic anti-inflammatory signaling by targeting acetylcholinesterase". Immunity 31 (6): 965–73. PMID 20005135. doi:10.1016/j.immuni.2009.09.019. 
  30. Eubanks LM, Rogers CJ, Beuscher AE, Koob GF, Olson AJ, Dickerson TJ, Janda KD (2006). "A molecular link between the active component of marijuana and Alzheimer's disease pathology". Mol. Pharm. 3 (6): 773–7. PMC 2562334. PMID 17140265. doi:10.1021/mp060066m. 
  31. Massoulié J, Pezzementi L, Bon S, Krejci E, Vallette FM (xullo de 1993). "Molecular and cellular biology of cholinesterases". Progress in Neurobiology 41 (1): 31–91. PMID 8321908. doi:10.1016/0301-0082(93)90040-Y. 
  32. Chacko LW, Cerf JA (1960). "Histochemical localization of cholinesterase in the amphibian spinal cord and alterations following ventral root section". Journal of Anatomy 94 (Pt 1): 74–81. PMC 1244416. PMID 13808985. 
  33. Koelle GB (1954). "The histochemical localization of cholinesterases in the central nervous system of the rat". Journal of Comparative Neurology 100 (1): 211–35. PMID 13130712. doi:10.1002/cne.901000108. 
  34. Bartels CF, Zelinski T, Lockridge O (maio de 1993). "Mutation at codon 322 in the human acetylcholinesterase (ACHE) gene accounts for YT blood group polymorphism". Am. J. Hum. Genet. 52 (5): 928–36. PMC 1682033. PMID 8488842. 
  35. Johnson G, Moore SW (2012). "Why has butyrylcholinesterase been retained? Structural and functional diversification in a duplicated gene. 2012". Neurochem. Int. 16 (5): 783–797. PMID 22750491. doi:10.1016/j.neuint.2012.06.016. 
  36. Massoulié J, Perrier N, Noureddine H, Liang D, Bon S (2008). "Old and new questions about cholinesterases". Chem. Biol. Interact. 175 (1–3): 30–44. Bibcode:2008CBI...175...30M. PMID 18541228. doi:10.1016/j.cbi.2008.04.039. 
  37. "Entrez Gene: ACHE acetylcholinesterase (Yt blood group)". 
  38. Dori A, Ifergane G, Saar-Levy T, Bersudsky M, Mor I, Soreq H, Wirguin I (2007). "Readthrough acetylcholinesterase in inflammation-associated neuropathies". Life Sci. 80 (24–25): 2369–74. PMID 17379257. doi:10.1016/j.lfs.2007.02.011. 
  39. Millard CB, Kryger G, Ordentlich A, Greenblatt HM, Harel M, Raves ML, Segall Y, Barak D, Shafferman A, Silman I, Sussman JL (xuño de 1999). "Crystal structures of aged phosphonylated acetylcholinesterase: nerve agent reaction products at the atomic level". Biochemistry 38 (22): 7032–9. PMID 10353814. doi:10.1021/bi982678l. 
  40. Julien RM, Advokat CD, Comaty JE (12 de outubro de 2007). A Primer of Drug Action (Eleventh ed.). Worth Publishers. pp. 50. ISBN 978-1-4292-0679-2. 
  41. Macht VA, Woodruff JL, Maissy ES, Grillo CA, Wilson MA, Fadel JR, Reagan LP (agosto de 2019). "Pyridostigmine bromide and stress interact to impact immune function, cholinergic neurochemistry and behavior in a rat model of Gulf War Illness". Brain, Behavior, and Immunity 80: 384–393. PMC 6790976. PMID 30953774. doi:10.1016/j.bbi.2019.04.015. 
  42. Puopolo T, Liu C, Ma H, Seeram NP (19 de abril de 2022). "Inhibitory Effects of Cannabinoids on Acetylcholinesterase and Butyrylcholinesterase Enzyme Activities". Medical Cannabis and Cannabinoids 5 (1): 85–94. PMC 9149358. PMID 35702400. doi:10.1159/000524086. 

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Bibliografía[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]