ACETILCOLINESTERASE: ESTRUTURA, FUNÇÕES E INIBIDORES - BIOLOGIA - 2024

A acetilcolinesterase (acetilcolina acetil hidrolase, EC 3.1.1.7) é uma enzima encontrada principalmente no sistema nervoso central. Sua tarefa, como o nome indica, é o processamento hidrolítico do neurotransmissor acetilcolina.

É uma enzima associada à membrana celular que atua junto com o receptor da acetilcolina para mediar a excitação das células pós-sinápticas e cujo mecanismo catalítico é surpreendentemente rápido.

Estrutura da acetilcolinesterase (Fonte: Wikimedia Commons)

Do ponto de vista mecânico, essa enzima pode ser vista como uma serina hidrolase e, no domínio catalítico de seu sítio ativo, contém a tríade de aminoácidos característica das serina proteases: serina, histidina e um resíduo ácido. No entanto, o resíduo ácido é um glutamato, enquanto serina proteases normalmente possuem um aspartato.

Estrutura da acetilcolina (Fonte: Alinebloom via Wikimedia Commons)

Uma das primeiras observações que ligou a atividade catalítica da acetilcolinesterase aos tecidos nervosos colinérgicos e tecidos musculares foi feita por Dale em 1914; posteriormente foi determinado que também está presente em neurônios não colinérgicos e em células hematopoiéticas, osteogênicas e neoplásicas.

Graças ao estudo de vários organismos, sabe-se atualmente que a enzima está presente na membrana de diferentes tipos de células, como eritrócitos, células nervosas e musculares, órgãos elétricos e outros.

Estrutura

Estrutura terciária e quaternária

Em condições naturais ou "in vivo", a acetilcolinesterase é uma enzima polimórfica composta por várias subunidades catalíticas de mais ou menos 80 kDa, que se agrupam para formar uma estrutura oligomérica (de várias subunidades).

A quantidade e a complexidade dessas subunidades dependem do tipo de célula e das espécies consideradas.

Algumas das formas enzimáticas mais complexas têm subunidades catalíticas com formas globulares (G) ou assimétricas (A) ligadas por pontes dissulfeto. As pontes dissulfeto são ligações covalentes formadas entre duas moléculas de enxofre dos grupos tiol (-SH) de dois resíduos do aminoácido cisteína.

Cada subunidade G contém um único sítio ativo, enquanto as subunidades A são geralmente caracterizadas por terem três domínios estruturais, a saber: subunidades catalíticas, caudas semelhantes a colágeno ricas em glicina, hidroxiprolina e resíduos de hidroxilisina, e outros colas não colagênicas (diferentes do colágeno).

As formas assimétricas de acetilcolinesterase são conhecidas como A12, A8 e A4, que possuem 12, 8 e 4 subunidades catalíticas, respectivamente.

Geralmente, os resíduos do domínio catalítico no sítio ativo são encontrados em uma região "profunda" das subunidades, o que pode ser visto como contraditório com respeito à rápida taxa da reação que catalisa esta enzima e a aparente inacessibilidade do substrato a esses sítios..

Independentemente do polimorfismo da enzima, ambas as subunidades globulares e assimétricas têm atividades catalíticas semelhantes.

Variantes

Certas células, além das células nervosas, como eritrócitos, produzem enzimas acetilcolinesterase que são predominantemente globulares, diméricas e principalmente associadas à face externa da membrana plasmática.

A enzima eritrocitária, embora de menor complexidade estrutural, também é uma enzima anfipática, cujo domínio catalítico ativo se encontra na grande região hidrofílica, enquanto o domínio hidrofóbico, que contém a região carboxila terminal, é responsável por sustentá-la na membrana.

Estrutura primária

Muito do conhecimento atual sobre a sequência da acetilcolinesterase surgiu do estudo da enzima Torpedo californica, uma arraia que vive no oceano Pacífico e que tradicionalmente tem sido usada como organismo modelo para o estudo de diferentes proteínas do sistema nervoso.

As subunidades da acetilcolinesterase são sintetizadas como pró-proteínas que são então processadas para dar origem às subunidades maduras. Cada subunidade consiste em um polipeptídeo de cerca de 575 aminoácidos e peso molecular de 65 kDa, que é aumentado pela adição de 7-8% de resíduos de carboidratos (glicosilação).

A atividade catalítica do sítio ativo das subunidades é determinada por um resíduo de serina na posição 200, que se encontra em uma região "profunda" das subunidades catalíticas.

Diferentes variantes ou isoformas da enzima existem nos organismos graças a diferentes locais para o "splicing alternativo" de RNAs pré-mensageiros em ambas as suas extremidades (5 'e 3'). A sequência do terminal carboxila da isoforma de cada subunidade é o que determina a montagem dos oligômeros entre si.

Recursos

A acetilcolinesterase é uma enzima com múltiplas funções biológicas não necessariamente relacionadas entre si. Fato atestado por sua expressão diferencial durante a embriogênese, extensão neural embrionária, desenvolvimento muscular e sinaptogênese.

Conforme destacado acima, tem um papel importante na rápida hidrólise da acetilcolina e, portanto, na regulação de seu efeito no espaço sináptico neuromuscular ou nos espaços sinápticos colinérgicos do sistema nervoso central.

Um exemplo de suas funções é a contração do músculo esquelético, que ocorre graças a uma espécie de sinapse química conhecida como placa motora, localizada entre um neurônio motor e uma fibra muscular.

Nessa sinapse, são obtidas centenas de vesículas carregadas de acetilcolina, que são liberadas do neurônio motor para a propagação de um impulso elétrico.

Esse processo de neurotransmissão é bastante complexo, porém, a participação da acetilcolinesterase é fundamental para o término da transmissão sináptica que depende do neurotransmissor acetilcolina, uma vez que deve ser degradado e então deve se difundir para fora da fenda sináptica para culminar com a excitação da membrana.

Assim, a enzima acetilcolinesterase é responsável por regular a concentração desse transmissor na sinapse neuromotora.

Outras funções "não clássicas" da enzima estão relacionadas à neuritogênese ou ao crescimento de células nervosas; com os processos de adesão celular, sinaptogênese, ativação de neurônios-dopamina na substância negra do mesencéfalo, processos hematopoiéticos e trombo poiético, entre outros.

Inibidores

Os inibidores da acetilcolinesterase atuam impedindo-a de hidrolisar a acetilcolina, aumentando assim o nível e a duração da ação desse neurotransmissor. Podem ser classificados, de acordo com seu mecanismo de ação, como reversíveis e irreversíveis.

Inibidores irreversíveis

São aqueles que inibem irreversivelmente a atividade hidrolítica da acetilcolinesterase por sua ligação covalente ao resíduo de serina no sítio ativo da enzima. Este grupo é composto principalmente de organofosforados.

Em geral, esses são compostos ativos encontrados em muitos inseticidas e são responsáveis ​​por um grande número de mortes por envenenamento acidental. São ésteres ou tióis derivados do ácido fosfórico, fosfônico, fosfínico ou fosforamídico.

Sarin, tabun, soman e ciclosarin estão entre os compostos mais tóxicos sintetizados pelo homem, uma vez que podem matar um ser humano induzindo insuficiência respiratória e circulatória, bloqueando a acetilcolinesterase no sistema nervoso periférico.

Estrutura molecular do inibidor organofosforado «Sarin» (Fonte: Sivizius via Wikimedia Commons)

Sarin, por exemplo, é um "gás nervoso" que tem sido usado como arma química para uso terrorista.

Inibidores reversíveis

Esta ordem de classificação agrupa inibidores competitivos e não competitivos que atuam através da carbamilação transitória e reversível de um resíduo de serina no sítio ativo e muitos foram sintetizados e purificados de fontes vegetais ou fúngicas.

Carbamatos como a fisostigmina e a neostigmina são inibidores reversíveis usados ​​como medicamentos para o tratamento de doenças como glaucoma e miastenia gravis, respectivamente.

Outros agentes terapêuticos neste grupo também são usados ​​para o tratamento da doença de Alzheimer, doença de Parkinson, obstruções intestinais pós-operatórias (íleo pós-operatório), distensão da bexiga e como antídotos para sobredosagem anticolinérgica.

Butirilcolinesterase

Um interessante mecanismo natural contra algumas substâncias inibidoras da acetilcolinesterase tem a ver com a participação de uma enzima menos específica conhecida como butirilcolinesterase.

Essa enzima também é capaz de hidrolisar a acetilcolina e, ao mesmo tempo, pode atuar como um engodo molecular que reage com essas toxinas antes que exerçam seu efeito negativo sobre a acetilcolinesterase.

Acetilcolinesterase e doença de Alzheimer

A acetilcolinesterase mostrou formar um complexo estável com os componentes das placas senis características da patologia. Além disso, alguns padrões de glicosilação alterados dessa enzima foram relacionados à presença e formação de placas amilóides no cérebro.

Muitos dos inibidores reversíveis da acetilcolinesterase, portanto, têm sido usados ​​como medicamentos de primeira geração para o tratamento desta doença e de outras condições neurodegenerativas relacionadas. Estes incluem donepezil, rivastigmina e galantamina.

Referências

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