Acetilcolinesterase

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 
miniatura|esquerda|Mecanismo de acción da AChe

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. 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.

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.  Todos os 14 aminoácidos na garganta aromática están moi conservados en diferentes especies. Entre os aminoácidos aromáticos, o triptófano 84 é esencial e a súa substitución por alanina ten como resultado unha reactividade 3000 veces menor.  A garganta é aproximadamente de 20 ángstroms de profundidade e de 5 ángstroms de ancho.

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. 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.

 Especies 
A AChE atópase en moitas especies, incluíndo a humana e outros mamíferos, invertebrados e plantas.

Nos humanos a AChE é un encima colinérxico implicado na hidrólise do neurotransmisor acetilcolina (ACh) nos seus constituíntes colina e acetato.
En conxunto, en mamíferos a AChE intervén principalmente na terminación do impulso de transmisión en sinapses colinérxicas catalizando a hidrólise rápida do neurotransmisor acetilcolina. 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.

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.

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. A presenza e función da AChE en bacterias non está ben documentada.

 Función biolóxica 
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.

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

 Importancia en enfermidades 

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.

miniatura|esquerda|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. 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 malatión) 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.

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.

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

 Distribución 

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.

A acetilcolinesterase tamén se atopa nas membranas dos glóbulos vermellos, onde diferentes formas constitúen os antíxenos do grupo sanguíneo Yt. 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 

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. 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).

 AChET 

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 
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.

 AChER 
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.

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

 Inhibidores 

Para a acetilcolinesterase (AChE), os inhibidores reversibles son aqueles que non se unen irreversiblemente e desactivan a AChE. 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.

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.
 Fitocannabinoides
 Cannabidiol
 Δ8-Tetrahidrocannabinol
 Cannabixerol
 Ácido cannabixerólico
 Cannabicitrán
 Cannabidivarín
 Cannabicromeno
 Cannabinol

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Colinesterases

 Bibliografía 























 Ligazóns externas 
 ATSDR Case Studies in Environmental Medicine: Cholinesterase Inhibitors, Including Insecticides and Chemical Warfare Nerve Agents  U.S. Department of Health and Human Services




 Acetylcholinesterase: A gorge-ous enzyme—PDBe
 Acetylcholinesterase—RCSB PDB



Categoría:Acetilcolina
Categoría:Hidrolases