ASETILKOLINESTERASE: STRUKTUR, FUNGSI DAN INHIBITOR - BIOLOGI - 2025

The acetylcholinesterase (asetilkolin asetil hidrolase, EC 3.1.1.7) adalah enzim yang ditemukan terutama di sistem saraf pusat. Tugasnya, seperti namanya, adalah pemrosesan hidrolitik dari neurotransmitter asetilkolin.

Ini adalah enzim yang terkait dengan membran sel yang bekerja bersama dengan reseptor asetilkolin untuk memediasi eksitasi sel postsinaptik dan mekanisme katalitiknya sangat cepat.

Struktur Asetilkolinesterase (Sumber: Wikimedia Commons)

Dari sudut pandang mekanik, enzim ini dapat dilihat sebagai hidrolase serin, dan dalam domain katalitik situs aktifnya mengandung triad asam amino yang merupakan karakteristik dari serine protease: serin, histidin dan residu asam. Namun, residu asamnya adalah glutamat, sedangkan protease serin biasanya memiliki aspartat.

Struktur Asetilkolin (Sumber: Alinebloom via Wikimedia Commons)

Salah satu pengamatan pertama yang menghubungkan aktivitas katalitik asetilkolinesterase dengan jaringan saraf kolinergik dan jaringan otot dilakukan oleh Dale pada tahun 1914; kemudian telah ditentukan bahwa itu juga hadir dalam neuron non-kolinergik dan dalam sel hematopoietik, osteogenik dan neoplastik.

Berkat studi terhadap berbagai organisme, saat ini diketahui bahwa enzim terdapat dalam membran berbagai jenis sel seperti eritrosit, sel saraf dan otot, organ listrik dan lain-lain.

Struktur

Struktur tersier dan kuaterner

Dalam kondisi alami atau "in vivo", asetilkolinesterase adalah enzim polimorfik yang terdiri dari beberapa subunit katalitik kurang lebih 80 kDa, yang berkumpul untuk membentuk struktur oligomer (dari beberapa subunit).

Kuantitas dan kompleksitas subunit ini bergantung pada jenis sel dan spesies yang dipertimbangkan.

Beberapa bentuk enzim yang lebih kompleks memiliki subunit katalitik dengan bentuk globular (G) atau asimetris (A) yang dihubungkan oleh jembatan disulfida. Jembatan disulfida adalah ikatan kovalen yang terbentuk antara dua molekul sulfur gugus tiol (-SH) dari dua residu asam amino sistein.

Setiap subunit G mengandung satu situs aktif, sedangkan subunit A umumnya bercirikan memiliki tiga domain struktural, yaitu: subunit katalitik, ekor mirip kolagen yang kaya glisin, hidroksiprolin dan residu hidroksisin, dan lain-lain. perekat non-kolagenik (berbeda dari kolagen).

Bentuk asimetris asetilkolinesterase dikenal sebagai A12, A8, dan A4, yang masing-masing memiliki 12, 8, dan 4 subunit katalitik.

Umumnya, residu domain katalitik di situs aktif ditemukan di wilayah "dalam" dari subunit, yang dapat dilihat sebagai kontradiktif sehubungan dengan laju reaksi yang cepat yang mengkatalisis enzim ini dan tidak dapat diaksesnya substrat ke situs ini. .

Terlepas dari polimorfisme enzim, subunit globular dan asimetris memiliki aktivitas katalitik yang serupa.

Varian

Sel-sel tertentu selain sel saraf, seperti eritrosit, menghasilkan enzim asetilkolinesterase yang sebagian besar berbentuk bulat, dimer, dan sebagian besar terkait dengan permukaan luar membran plasma.

Enzim eritrosit, meskipun memiliki kompleksitas struktural yang lebih rendah, juga merupakan enzim amphipathic, yang domain katalitik aktifnya ditemukan di daerah hidrofilik yang besar, sedangkan domain hidrofobik, yang berisi daerah terminal karboksil, bertanggung jawab untuk mempertahankannya di dalam membran. .

Struktur primer

Sebagian besar pengetahuan terkini tentang urutan asetilkolinesterase muncul dari studi tentang enzim Torpedo californica, ikan pari yang hidup di Samudra Pasifik dan secara tradisional telah digunakan sebagai model organisme untuk mempelajari berbagai protein sistem saraf.

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

Aktivitas katalitik dari situs aktif subunit ditentukan oleh residu serin pada posisi 200, yang ditemukan di daerah "dalam" dari subunit katalitik.

Varian atau isoform yang berbeda dari enzim ada dalam organisme berkat situs yang berbeda untuk "penyambungan alternatif" dari RNA pra-pembawa pesan di kedua ujungnya (5 'dan 3'). Urutan terminal karboksil dari isoform masing-masing subunit inilah yang menentukan perakitan oligomer satu sama lain.

fitur

Asetilkolinesterase adalah enzim dengan beberapa fungsi biologis yang tidak selalu terkait satu sama lain. Fakta yang dibuktikan dengan ekspresi diferensial selama embriogenesis, ekstensi saraf embrionik, perkembangan otot dan sinaptogenesis.

Seperti disorot di atas, ia memiliki peran penting dalam hidrolisis cepat asetilkolin dan dengan demikian dalam mengatur efeknya di ruang sinaptik neuromuskuler atau di ruang sinaptik kolinergik sistem saraf pusat.

Contoh fungsinya adalah kontraksi otot rangka, yang terjadi berkat sejenis sinapsis kimiawi yang dikenal sebagai pelat ujung motorik, yang terletak di antara neuron motorik dan serat otot.

Dalam sinaps ini, ratusan vesikel bermuatan asetilkolin diperoleh, yang dilepaskan dari neuron motorik untuk propagasi impuls listrik.

Proses neurotransmisi ini cukup kompleks, namun partisipasi asetilkolinesterase sangat penting untuk penghentian transmisi sinaptik yang bergantung pada neurotransmitter asetilkolin, karena harus terdegradasi dan kemudian harus berdifusi di luar celah sinaptik untuk berujung dengan eksitasi membran.

Dengan demikian, enzim asetilkolinesterase bertanggung jawab untuk mengatur konsentrasi pemancar ini di sinaps neuromotor.

Fungsi enzim "non-klasik" lainnya terkait dengan neuritogenesis atau pertumbuhan sel saraf; dengan proses adhesi sel, sinaptogenesis, aktivasi neuron-dopamin di substansia nigra otak tengah, proses hematopoietik dan trombus poietik, antara lain.

Penghambat

Inhibitor asetilkolinesterase bekerja dengan mencegahnya menghidrolisis asetilkolin, sehingga meningkatkan tingkat dan durasi kerja neurotransmitter ini. Mereka dapat diklasifikasikan, menurut mekanisme aksinya, sebagai reversibel dan ireversibel.

Penghambat ireversibel

Mereka adalah mereka yang secara ireversibel menghambat aktivitas hidrolitik asetilkolinesterase dengan pengikatan kovalennya ke residu serin di situs aktif enzim. Kelompok ini terutama terdiri dari organofosfat.

Secara umum, ini adalah senyawa aktif yang ditemukan di banyak insektisida dan bertanggung jawab atas sejumlah besar kematian akibat keracunan yang tidak disengaja. Mereka adalah ester atau tiol yang berasal dari asam fosfat, fosfonat, fosfinat atau fosforamida.

Sarin, tabun, soman, dan cyclosarin adalah senyawa paling beracun yang disintesis oleh manusia karena dapat membunuh manusia dengan memicu kegagalan pernapasan dan peredaran darah dengan memblokir asetilkolinesterase di sistem saraf tepi.

Struktur molekuler dari inhibitor organofosfat «Sarin» (Sumber: Sivizius via Wikimedia Commons)

Sarin, misalnya, adalah "gas syaraf" yang telah digunakan sebagai senjata kimia untuk penggunaan teroris.

Penghambat yang dapat dibalik

Urutan kelompok klasifikasi inhibitor kompetitif dan non-kompetitif ini yang bekerja melalui karbamilasi transien dan reversibel dari residu serin di situs aktif dan banyak yang telah disintesis dan dimurnikan dari sumber tumbuhan atau jamur.

Karbamat seperti physostigmine dan neostigmine adalah inhibitor reversibel yang masing-masing digunakan sebagai obat untuk pengobatan penyakit seperti glaukoma dan miastenia gravis.

Agen terapeutik lain dalam kelompok ini juga digunakan untuk pengobatan penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, obstruksi usus pasca operasi (ileus pasca operasi), distensi kandung kemih, dan sebagai penangkal overdosis antikolinergik.

Butyrylcholinesterase

Mekanisme alami yang menarik terhadap beberapa zat penghambat asetilkolinesterase berkaitan dengan partisipasi enzim yang kurang spesifik yang dikenal sebagai butyrylcholinesterase.

Enzim ini juga mampu menghidrolisis asetilkolin dan pada saat yang sama dapat bertindak sebagai umpan molekuler yang bereaksi dengan racun ini sebelum memberikan efek negatifnya pada asetilkolinesterase.

Acetylcholinesterase dan penyakit Alzheimer

Asetilkolinesterase telah terbukti membentuk kompleks yang stabil dengan komponen karakteristik plak pikun dari patologi. Selain itu, beberapa pola glikosilasi yang diubah dari enzim ini telah dikaitkan dengan keberadaan dan pembentukan plak amiloid di otak.

Oleh karena itu, banyak penghambat asetilkolinesterase yang dapat dibalik telah digunakan sebagai obat generasi pertama untuk pengobatan penyakit ini dan kondisi neurodegeneratif terkait lainnya. Ini termasuk donepezil, rivastigmine, dan galantamine.

Referensi

1. Dvir, H., Silman, I., Harel, M., Rosenberry, TL, & Sussman, JL (2010). Asetilkolinesterase: Dari struktur 3D hingga berfungsi. Interaksi Chemico-Biological, 187, 10-22.
2. Houghton, P., Ren, Y., & Howes, M. (2006). Penghambat asetilkolinesterase dari tumbuhan dan jamur. Laporan Produk Alami, 23, 181–199.
3. Krsti, DZ, Lazarevi, TD, Bond, AM, & Vasi, VM (2013). Inhibitor Asetilkolinesterase: Farmakologi dan Toksikologi. Neuropharmacology Saat Ini, 11, 315–335.
4. Mukherjee, PK, Kumar, V., Mal, M., & Houghton, PJ (2007). Penghambat asetilkolinesterase dari tumbuhan. Phytomedicine, 14, 289–300.
5. Quinn, DM (1987). Asetilkolinesterase: Struktur Enzim, Dinamika Reaksi, dan Status Transisi Virtual. Chem. Rev., 87, 955-979.
6. Racchi, M., Mazzucchelli, M., Porrello, E., Lanni, C., & Govoni, S. (2004). Penghambat asetilkolinesterase: aktivitas baru molekul lama. Penelitian Farmakologi, 50, 441-451.
7. Rosenberry, T. (1975). Asetilkolinesterase. Kemajuan dalam Enzimologi dan Area Terkait Biologi Molekuler, 43, 103–218.
8. Soreq, H., & Seidman, S. (2001). Asetilkolinesterase - peran baru untuk aktor lama. Ulasan Alam, 2, 294-302.
9. Talesa, VN (2001). Asetilkolinesterase pada penyakit Alzheimer. Mekanisme Penuaan dan Perkembangan, 122, 1961–1969.