¿Qué efectos inhibidores tienen los pesticidas sobre la acetilcolinesterasa?

El segundo tipo, la butirilcolinesterasa, también se llama pseudocolinesterasa o colinesterasa inespecífica. Debido a que se deriva del plasma, también se le llama colinesterasa plasmática. En el pasado, también se llamaba colinesterasa, que se confundía fácilmente con la acetilcolinesterasa. Características de la butirilcolinesterasa: ① La butirilcolina es su mejor sustrato. ② No muestra el efecto inhibidor del exceso de sustrato, es decir, cuando el sustrato está en una concentración muy baja (menos de 10-4 mol/L), inhibe la butirilcolinesterasa y significativamente. reduce la tasa de hidrólisis. Por tanto, la butirilcolinesterasa es muy sensible a los inhibidores. Por ejemplo, la butirilcolinesterasa en el plasma de caballo es 11.300 veces más sensible al tetraisopropiloctametonato que la acetilcolinesterasa en los glóbulos rojos de caballo.

Ambas enzimas colinesterasas son comunes en los vertebrados. La acetilcolinesterasa se encuentra en los glóbulos rojos, los nervios y el tejido muscular. Cuando la acetilcolinesterasa se inhibe en animales, provocará la muerte del animal si alcanza un cierto nivel. La butirilcolinesterasa prevalece en el plasma, el hígado y el tejido nervioso de los animales, pero la inhibición de la butirilcolinesterasa no causa la muerte en los animales. La actividad de la butirilcolinesterasa en el plasma de animales (incluidos los humanos) puede utilizarse como indicador del grado de intoxicación por fármacos en los animales.

Una colinesterasa de gran peso molecular se encuentra en insectos y mamíferos y tiene el rendimiento de la acetilcolinesterasa general. Mediante separación electroforética, se confirmó que esta enzima macromolecular es una isoenzima de la acetilcolinesterasa. Viven sólo la mitad de tiempo que la acetilcolinesterasa, y la isoenzima que se encuentra en la cabeza y el tórax de las moscas domésticas es menos sensible a los inhibidores que la acetilcolinesterasa.

2． El proceso de hidrólisis de acetilcolina por la acetilcolinesterasa (abreviada como AChE) puede explicarse mediante la siguiente ecuación de reacción.

En la fórmula anterior, E representa la enzima y AX representa el sustrato acetilcolina. Hay tres pasos desde el inicio de la reacción hasta la recuperación de la enzima:

El primer paso es formar el complejo enzima-sustrato (E-X). La constante de disociación Kd se puede utilizar para expresar la formación del complejo. Kd=K-1/K+1 Cuanto menor sea el valor de Kd, más fuerte será la afinidad entre E y AX.

El segundo paso es el paso de acetilación, que es una reacción química. La constante de velocidad K2 se utiliza para representar la velocidad de reacción. El complejo libera colina (X) y la enzima se combina con el grupo acetilo. formar acetilasa (EA).

El tercer paso es la reacción de hidrólisis. La acetilasa se hidroliza en ácido acético (A) y enzima (E). Dado que la enzima y el grupo acilo se separan después de la reacción, también se denomina reacción de desacilación. que está representado por la constante de velocidad de hidrólisis K3.

La reacción completa tarda de 2 a 3 ms desde el inicio hasta la recuperación de la enzima. En los mamíferos, el paso de desacilación K3 es el más lento, mientras que cuando la AChE en la cabeza de la mosca doméstica hidroliza la acetilcolina, el paso de acetilación K2 es el más lento.

En la actualidad, los aminoácidos que componen la proteína de la AChE no se han estudiado claramente. Sólo se sabe que existen sitios motivo éster, sitios de unión y sitios alostéricos en la AChE que reaccionan con sustratos.

(1) Sitio de acción éster. También conocido como sitio catalítico, es el sitio principal donde la AChE reacciona con la acetilcolina. Cataliza la descomposición de la acetilcolina para la acetilación, y en este sitio se produce la fosforilación del organofosforado. En este sitio, el grupo hidroxilo de la serina [HOCH2CH(NH2)COOH] de la enzima reacciona con el grupo acetilo de la acetilcolina.

El efecto catalítico de la colinesterasa proviene de la estructura de la propia molécula de proteína enzimática y no requiere la participación de ningún grupo protésico específico ni mediadores intermedios. Debido al rizado de la molécula de proteína enzimática, algunos grupos de aminoácidos que originalmente estaban muy separados se acercan para formar una zona activa. El centro activo de la AChE consta de tres áreas principales: ① resto éster: contiene serina e histidina, que pueden combinarse con el átomo de carbono carbonilo de la ACh; ② sitio aniónico: se utiliza para fijar el sustrato, determinando así su especificidad. Contiene al menos un grupo carboxilo, posiblemente del ácido glutámico, que puede atraer electrostáticamente el grupo catiónico de amonio cuaternario de la ACh ③Región hidrofóbica: cataliza el proceso de hidrólisis del sustrato; Conectado a o cerca de la hidrólisis del éster o del sitio de unión del grupo amonio cuaternario, está formado por aminoácidos aromáticos como el triptófano o la tirosina, y desempeña un papel importante en la unión a sustratos aromáticos.

Generalmente, la serina por sí sola no puede reaccionar con los compuestos carbonílicos. Por tanto, se cree que la serina de la AChE tiene propiedades especiales. Está influenciado por el aminoácido adyacente, la histidina. El grupo imidazol de la histidina puede activar el grupo hidroxilo de la serina e inducir la reacción entre el grupo hidroxilo y el grupo acetilo. La acetilcolina y varios inhibidores reaccionan con la fracción éster de la AChE, pero antes de la reacción, la enzima primero debe combinarse con el inhibidor para formar un complejo.

(2) Sitio de vinculación. Hay un sitio de unión en la AChE. La acetilcolina y varios inhibidores reaccionan con el resto éster de la AChE, pero antes de la reacción, la enzima primero debe combinarse con el inhibidor para formar un complejo. Los primeros estudios creían que sólo había un sitio de unión en la AChE, llamado sitio aniónico. En el sitio aniónico, la enzima se une al grupo amonio cuaternario de la acetilcolina - N+ (CH3)3. La investigación moderna cree que hay muchos grupos de cadenas laterales de diferentes aminoácidos alrededor de la serina en el resto éster. Al igual que los aminoácidos en las proteínas generales, cualquier grupo puede servir como sitio de unión para unirse a un sustrato o inhibidor. Según la investigación de Tripatri y O'Brien (1973), se obtuvo una AChE mutante en una cepa resistente de mosca doméstica. Se une a la acetilcolina de forma muy normal, pero su afinidad por los insecticidas organofosforados y carbamatos se reduce a 1/500 de la original. . Esto muestra que el sitio donde esta AChE mutante se une a compuestos organofosforados y carbamatos no es el sitio activo aniónico y debe haber otros sitios de unión. Ahora se sabe que puede haber tres sitios de unión entre la AChE y los inhibidores (insecticidas).

Dos sitios de acción en la molécula de colinesterasa

Además del sitio aniónico, también puede haber sitios hidrofóbicos y complejos de transferencia de carga entre la AChE y el inhibidor (denominados CTC). y el sitio de unión del indol fenilo.

①Parte del grupo hidrofóbico: en esta parte, los grupos lipófilos del inhibidor, como los grupos metano, etano y propano, se combinan con la enzima, lo que puede reducir el valor de Kd y aumentar la afinidad. Se ha demostrado una base hidrofóbica en la butirilcolinesterasa. Este sitio también puede existir en la AChE. Se ha descubierto que en el carbamato de N-metilfenilo, la adición de un sustituyente de metano en el anillo de benceno aumenta 3 veces la capacidad inhibidora de la AChE.

② Complejo de transferencia de carga: Cuando se combinan una enzima y un inhibidor, si uno es un donante de electrones que pierde electrones fácilmente y el otro es un aceptor de electrones fuertemente electrófilo, es fácil de combinar. Esta combinación puede producir un nuevo pico de absorción en el espectro de absorción. Está demostrado que la enzima y el inhibidor forman un complejo mediante transferencia de carga. En el carbamato de fenilo, si el sustituyente en el anillo de benceno es un grupo aceptor de electrones, su capacidad para inhibir la actividad de la AChE se reducirá, y si es un grupo repelente de electrones, su capacidad para inhibir la actividad de la AChE será reducida. Los experimentos han confirmado que este sustituyente afecta principalmente a la afinidad de la AChE, pero no tiene ningún efecto sobre la reacción de carbamilación. El grupo electrorrepelente aumenta la afinidad (disminuye el valor Kd), que se considera combinado con una determinada parte de la enzima para formar un complejo de transferencia de carga.

③Sitio de unión del indolfenilo: cuando la AChE se trata con algunos reactivos, la actividad cambia mucho. Pierde actividad contra la acetilcolina, así como contra el fenilacetato y el acetato de naftilo. Sólo el p-indolfenilacetato mostró una mayor actividad. Muestra que la AChE tiene un sitio especial que se une al grupo indolfenilo.

(3) Sitio alostérico. En los últimos años, se han encontrado sitios alostéricos en muchas enzimas. Por lo tanto, se especula que la AChE también tiene sitios alostéricos. El sitio alostérico está ubicado lejos del sitio activo de la enzima.

Cuando esta parte se combina con un determinado ion o un grupo sustituyente en un determinado compuesto, la estructura molecular proteica de la enzima sufre una deformación tridimensional, que afecta la actividad de la enzima y activa o inhibe la enzima. Cuando la AChE se combina con varios compuestos, algunos reactivos aumentan la actividad de la enzima, mientras que otros la inactivan, lo que puede deberse a la influencia del sitio alostérico. Se han demostrado efectos alostéricos sobre el receptor de betacolina.