Fermentų veikimo mechanizmas (pavyzdžiui, fermentas cholinesterazė). Acetilcholino hidrolizės metu susidaro tarpinis fermento-substrato kompleksas, kuriame acetilcholinas per seriną susijungia su aktyviuoju fermento centru.

Acetilcholinas (ACh) yra labai svarbus neurotransmiteris. Centrinių cholinerginių neuronų (CNS) veikla, nukreipta iš bazinių priekinių smegenų struktūrų į hipokampą, suteikia galimybę mokytis ir atminti. Šių neuronų pažeidimas sukelia Alzheimerio ligą.

Periferinėje nervų sistemoje cholinerginiai yra visi skeleto raumenų motoriniai neuronai, preganglioniniai neuronai, inervuojantys simpatinius ir parasimpatinius ganglijas, taip pat postganglioninės nervų skaidulos, vykdančios parasimpatinę širdies raumens, žarnyno ir šlapimo pūslės lygiųjų raumenų inervaciją. kaip lygieji akies raumenys, atsakingi už akomodacijos procesus ir regėjimą iš arti.

Acetilcholinas (ACh) sintetinamas acetilo grupę iš acetilkofermento A (acetil-CoA) perkeliant į choliną fermentu cholino acetiltransferaze. Cholino acetiltransferazė yra tik cholinerginiuose neuronuose. Cholinas į neuroną patenka iš tarpląstelinės erdvės aktyviu transportu. Acetil-CoA sintetinamas mitochondrijose, kurios sintetina cholino acetiltransferazę ir dideliais kiekiais yra nervų galūnėse.

Po to, kai acetilcholinas (ACh) išsiskiria į sinapsinį plyšį, jį sunaikina acetilcholinesterazė (AChE), kad susidarytų cholinas ir acto rūgštis, kurie vėl įsisavinami ir pakartotinai panaudojami naujų neuromediatorių molekulių sintezei.

Acetilcholino (ACh) sintezės, skilimo ir reabsorbcijos etapai parodyti paveikslėlyje žemiau.

Yra nuo mediatoriaus priklausomi acetilcholino (ACh) receptoriai ir su G baltymu susieti receptoriai. Jonotropiniai acetilcholino (ACh) receptoriai vadinami nikotino receptoriais, nes pirmoji medžiaga, sukėlusi jų aktyvavimą, buvo nikotinas, išskirtas iš tabako augalo. Metabotropiniai ACh receptoriai vadinami muskarininiais, nes jų aktyvatorius yra muskarinas – medžiaga, išskirta iš nuodingų musmirės grybų.

1. Nikotino receptoriai. Nikotino receptoriai yra susitelkę griaučių raumenų neuroraumeninėse sinapsėse, visuose autonominiuose nervų ganglijose, taip pat centrinėje nervų sistemoje. Veikiant ACh, jonų kanalas atsidaro ir Ca 2+ ir Na + jonai greitai patenka į ląstelę, o tai lemia tikslinio neurono depoliarizaciją.
Nikotino receptoriai išsamiau aptariami aprašant skeleto raumenų inervacijos procesą atskirame svetainės straipsnyje.

2. Muskarino receptoriai. Nuo G baltymo priklausomi muskarino receptoriai yra sutelkti (a) smegenų laikinojoje skiltyje, kur jie dalyvauja atminties formavimo procese; b) autonominiuose ganglijose; c) širdies raumens skaidulose, įskaitant laidžiąsias skaidulas; d) lygiuosiuose žarnyno ir šlapimo pūslės raumenyse; e) prakaito liaukų sekrecinėse ląstelėse.

Yra penki muskarininių receptorių potipiai - M 1 -M 5 M 1, M 3 - ir M 5 - sužadinimo receptoriai: per fermentų kaskadas aktyvuojama fosfolipazė C ir padidėja intracelulinis Ca 2+ lygis. M 2 - ir M 4 - receptoriai yra slopinantys autoreceptoriai, kurie sumažina cAMP ląstelėje ir (arba) padidina K + išsiskyrimą iš ląstelės hiperpoliarizacijos metu.

Cholinerginiai procesai širdyje ir kituose vidaus organuose aprašyti atskirame svetainės straipsnyje.

3. Acetilcholino reabsorbcija. Acetilcholino hidrolizės produktus sinaptiniame plyšyje – choliną ir acetilo grupę – sugauna specifinių nešėjų molekulės atgal į ląstelę.

4. Apsinuodijimas strichninu. Strychninas blokuoja glicino receptorius. Skausmingus traukulius apsinuodijus strichninu sukelia α-motoneuronų slopinimas, kurį sukelia Renshaw ląstelių slopinamojo poveikio pažeidimas. Klinikinės apraiškos primena apsinuodijimo stabligės toksinu, kuris, kaip žinoma, trukdo glicino išsiskyrimui iš Renshaw ląstelių, pasireiškimus.
Pomirtiniuose nepažeistų smegenų tyrimuose, naudojant pažymėtas strichnino molekules, buvo įrodyta, kad daug glicino receptorių yra trišakio branduolio asociatyviniuose neuronuose, kurie inervuoja kramtomuosius raumenis, taip pat veido nervo branduolyje, kuris inervuoja. veido raumenis. Būtent šios dvi raumenų grupės yra jautresnės mėšlungiui apsinuodijimo metu.

Acetilcholinesterazė- fermentas, skaidantis neuromediatorius acetilcholinas.

Acetilcholinas išsiskiria iš presinapsės į sinapsinį plyšį ir prisijungia prie postsinapsės receptorių, taip perduodamas signalus tarp nervų ląstelių. Norint perduoti naują signalą, iš sinapsinio plyšio būtina pašalinti „išnaudotą“ acetilcholiną. Acetilcholinesterazė katalizuoja acetilcholino hidrolizę į choliną ir acto rūgštį. Vėliau iš cholino sintetinamas naujas acetilcholinas.

Cholinerginių sistemų sutrikimas yra susijęs su įvairiomis neurodegeneracinėmis ligomis. Acetilcholinesterazės blokavimas veda prie acetilcholino kaupimosi ir dėl to padidina sužadinimo perdavimą, todėl šis fermentas yra perspektyvus terapinis taikinys kuriant vaistus. Acetilcholinesterazės inhibitorius donepezilas, naudojamas Alzheimerio ligai gydyti, padeda sumažinti ligos simptomus.

Negrįžtamas acetilcholinesterazės blokavimas yra mirtinai toksiškų medžiagų: zarino, kai kurių gyvačių nuodų, organofosfatų insekticidų, V-dujų veikimo mechanizmo pagrindas.

Acetilcholinesterazės molekulės ir jos inhibitoriaus donepezilio modeliai

Remiantis esamomis idėjomis, FOS veikimo mechanizmas pagrįstas jų selektyviu fermento acetilcholinesterazės, arba tiesiog cholinesterazės, slopinimu, kuris katalizuoja acetilcholino – cheminio nervinio sužadinimo perdavėjo (mediaatoriaus) – hidrolizę. Yra 2 cholinesterazės tipai: tikroji, esanti daugiausia nervų sistemos audiniuose, skeleto raumenyse, taip pat raudonuosiuose kraujo kūneliuose, ir netikra, daugiausia kraujo plazmoje, kepenyse ir kai kuriuose kituose organuose yra teisinga arba specifinė cholinesterazė, nes tik ji hidrolizuoja įvardytą tarpininką, ir tai mes toliau žymėsime terminu „cholinesterazė“, nes fermentas ir tarpininkas yra būtini nervinių impulsų perdavimo sinapsėse komponentai. kontaktus tarp dviejų neuronų arba neurono ir receptorinės ląstelės galų, turėtume išsamiau aptarti jų biocheminį vaidmenį.

Acetilcholinas sintetinamas iš cholino alkoholio ir acetilkofermento A * veikiamas fermento cholino acetilazės nervų ląstelių mitochondrijose ir kaupiasi jų procesų galuose maždaug 50 nm skersmens pūslelių pavidalu. Daroma prielaida, kad kiekviename tokiame buteliuke yra keli tūkstančiai acetilcholino molekulių. Tuo pačiu metu šiuo metu įprasta atskirti acetilcholiną, paruoštą sekrecijai ir esantį arti aktyviosios zonos, ir acetilcholiną, esantį už aktyviosios zonos ribų, kuris yra pusiausvyros su ankstesne ir nėra paruoštas išsiskyrimui. į siaptinį plyšį. Be to, taip pat yra vadinamasis stabilus acetilcholino fondas (iki 15%), kuris neišsiskiria net jo sintezės blokados sąlygomis. ** Nervinės stimuliacijos ir Ca 2+ jonų įtakoje acetilcholino molekulės persikelia į sinapsinį plyšį – 20-50 nm pločio erdvę, skiriančią nervinės skaidulos galą (presinapsinę membraną) nuo inervuotos ląstelės. Pastarojo paviršiuje yra postsinapsinė membrana su cholinerginiais receptoriais – specifinėmis baltymų struktūromis, kurios gali sąveikauti su acetilcholinu. Mediatoriaus poveikis cholinerginiam receptoriui sukelia depoliarizaciją (krūvio sumažėjimą), laikiną postsinapsinės membranos pralaidumą teigiamai įkrautiems Na + jonams ir jų prasiskverbimą į ląstelę, o tai savo ruožtu išlygina jos įtampos potencialą. paviršius (apvalkalas). *** Tai sukelia naują impulsą kitos stadijos neurone arba sukelia tam tikro organo ląstelių veiklą: raumenų, liaukų ir kt. (5 pav.). Farmakologiniai tyrimai atskleidė reikšmingus cholinerginių receptorių savybių skirtumus įvairiose sinapsėse. Vienos grupės receptoriai, pasižymintys selektyviu jautrumu muskarinui (musmirės grybo nuodui), vadinami muskarinui jautriais arba M-cholinerginiais receptoriais; jų daugiausia yra akių lygiuosiuose raumenyse, bronchuose, virškinamajame trakte, prakaito ir virškinimo liaukų ląstelėse bei širdies raumenyse. Antrosios grupės cholinerginius receptorius sužadina nedidelės nikotino dozės, todėl jie vadinami jautriais nikotinui arba N-cholinerginiais receptoriais. Tai vegetatyvinių ganglijų, griaučių raumenų, antinksčių šerdies ir centrinės nervų sistemos receptoriai.

* (Acetilkofermentas A yra acto rūgšties junginys su nukleotidu, turinčiu keletą aminorūgščių ir aktyvią SH grupę. Skaldydamas acetatą, kuris naudojamas akotilcholino molekulei sukurti, jis virsta kofermentu A)

** (Glebovas R. N., Primakovsky G. N. Funkcinė sinapsių biochemija. M.: Medicina, 1978 m)

*** (Pagal nusistovėjusį požiūrį, potencialų skirtumo atsiradimas tarp išorinės ir vidinės ląstelės paviršiaus pusių atsiranda dėl netolygaus Na + ir K + jonų pasiskirstymo abiejose ląstelės membranos pusėse. Šiuo atveju kompensuojamasis K + jonų srautas, nukreiptas priešinga kryptimi, kai mediatorius veikia postsinantinę membraną, šiek tiek vėluoja, o tai lemia trumpalaikį išorinio ląstelės paviršiaus išeikvojimą teigiamuose jonais.)

Acetilcholino molekulės, atlikusios savo tarpininko funkciją, turi būti nedelsiant inaktyvuotos, kitaip sutriks nervinio impulso laidumo diskretiškumas ir atsiras per didelė cholinerginio receptoriaus funkcija. Būtent tai daro cholinesterazė, akimirksniu hidrolizuodama acetilcholiną. Katalizinis cholinesterazės aktyvumas viršija beveik visus žinomus fermentus: įvairių šaltinių duomenimis, vienos acetilcholino molekulės skilimo laikas yra apie vieną milisekundę, o tai prilygsta nervinio impulso perdavimo greičiui. Tokio galingo katalizinio poveikio įgyvendinimą užtikrina tam tikrų vietų (aktyvių centrų) buvimas cholinesterazės molekulėje, turinčių itin ryškų reaktyvumą acetilcholino atžvilgiu. * Kadangi cholinesterazės molekulė yra paprastas baltymas (baltymas), susidedantis tik iš aminorūgščių, pagal jos molekulinę masę randama nuo 30 iki 50 tokių aktyvių centrų.

* (Rozengartas V. I. Cholinesterazės. Funkcinis vaidmuo ir klinikinė reikšmė. - Knygoje: Medicininės chemijos problemos. M.: Medicina, 1973, p. 66-104)

Kaip matyti iš fig. 6 pav., cholinesterazės paviršiaus plotą, kuris tiesiogiai liečiasi su kiekviena mediatoriaus molekule, sudaro 2 centrai, esantys 0,4–0,5 mm atstumu: anijoninis centras, turintis neigiamą krūvį, ir esterazės centras. Kiekvieną iš šių centrų sudaro tam tikros aminorūgščių atomų grupės, sudarančios fermento struktūrą (hidroksilas, karboksilas ir kt.). Acetilcholinas dėl savo teigiamai įkrauto azoto atomo (vadinamosios katijoninės galvutės) yra orientuotas dėl elektrostatinių jėgų cholinesterazės paviršiuje. Šiuo atveju atstumas tarp azoto atomo ir tarpininko rūgštinės grupės atitinka atstumą tarp aktyviųjų fermento centrų. Anijoninis centras pritraukia katijoninę acetilcholino galvutę ir taip padeda priartinti jo esterių grupę prie fermento esterazės centro. Tada nutrūksta esterio jungtis, acetilcholinas padalijamas į 2 dalis: choliną ir acto rūgštį, acto rūgšties liekana dedama į fermento esterazės centrą ir susidaro vadinamoji acetilcholinesterazė. Šis itin trapus kompleksas akimirksniu patiria spontanišką hidrolizę, kuri išlaisvina fermentą iš mediatoriaus likučių ir sukelia acto rūgšties susidarymą. Nuo šio momento cholyesterazė vėl gali atlikti katalizinę funkciją, o cholinas ir acto rūgštis tampa pradiniais naujų acetilcholino molekulių sintezės produktais.

Organizme susidarantis (endogeninis) acetilcholinas vaidina svarbų vaidmenį gyvybiniuose procesuose: skatina nervinio sužadinimo perdavimą į centrinę nervų sistemą, autonominius ganglijus, parasimpatinių (motorinių) nervų galūnes. Acetilcholinas yra cheminis nervinio sužadinimo perdavėjas (tarpininkas); nervinių skaidulų, kurioms jis tarnauja kaip tarpininkas, galūnės vadinamos cholinerginėmis, o su juo sąveikaujantys receptoriai – cholinerginiais. Cholinerginiai receptoriai yra sudėtingos tetramerinės struktūros baltymų molekulės (nukleoproteinai), lokalizuotos išorinėje postsinapsinės (plazmos) membranos pusėje. Iš prigimties jie yra nevienalyčiai. Cholinerginiai receptoriai, esantys postganglioninių cholinerginių nervų (širdies, lygiųjų raumenų, liaukų) srityje, vadinami m-cholinerginiais (muskarinerginiais), o esantys ganglioninių sinapsių srityje ir somatinėse neuromuskulinėse sinapsėse – kaip. n-cholinerginiai receptoriai (jautrūs nikotinui) (S. V. Anichkovas). Šis skirstymas yra susijęs su acetilcholino sąveikos su šiomis biocheminėmis sistemomis metu vykstančių reakcijų ypatybėmis, panašiomis į muskarinines (kraujospūdžio sumažėjimas, bradikardija, padidėjusi seilių, ašarų, skrandžio ir kitų egzogeninių liaukų sekrecija, vyzdžių susiaurėjimas ir tt) pirmuoju atveju, o nikotino tipo (skeleto raumenų susitraukimas ir kt.) antruoju. M- ir n-cholinerginiai receptoriai yra lokalizuoti įvairiuose kūno organuose ir sistemose, įskaitant centrinę nervų sistemą. Pastaraisiais metais muskarino receptoriai buvo skirstomi į keletą pogrupių (m1, m2, m3, m4, m5). Šiuo metu labiausiai ištirta m1 ir m2 receptorių lokalizacija ir vaidmuo. Acetilcholinas neturi griežtai selektyvaus poveikio įvairiems cholinerginiams receptoriams. Vienu ar kitu laipsniu jis veikia m- ir n-cholinerginius receptorius ir m-cholinerginių receptorių pogrupius. Periferinis į muskariną panašus acetilcholino poveikis pasireiškia širdies susitraukimų sulėtėjimu, periferinių kraujagyslių išsiplėtimu ir kraujospūdžio sumažėjimu, skrandžio ir žarnyno peristaltikos suaktyvėjimu, bronchų, gimdos, tulžies ir tulžies raumenų susitraukimu. šlapimo pūslė, padidėjusi virškinimo, bronchų, prakaito ir ašarų liaukų sekrecija, vyzdžių susiaurėjimas (miozė). Pastarasis poveikis yra susijęs su padidėjusiu rainelės žiedinio raumens susitraukimu, kurį inervuoja okulomotorinio nervo postganglioninės cholinerginės skaidulos. Tuo pačiu metu dėl ciliarinio raumens susitraukimo ir ciliarinės juostos cinamono raiščio atsipalaidavimo atsiranda akomodacijos spazmas. Acetilcholino veikimo sukeltas vyzdžio susiaurėjimas dažniausiai lydimas akispūdžio sumažėjimo. Šis poveikis iš dalies paaiškinamas vyzdžio susiaurėjimo išsiplėtimu ir Schlemmo kanalo rainelės (skleros veninio sinuso) ir fontano erdvių (raininginio ragenos kampo tarpų) suplokštėjimu, taip pagerinant skysčių nutekėjimą iš vidaus. akies mediaga. Tačiau gali būti, kad akispūdį mažina ir kiti mechanizmai. Dėl gebėjimo sumažinti akispūdį, medžiagos, veikiančios kaip acetilcholinas (cholinomimetikai, anticholinesterazės vaistai), plačiai naudojamos glaukomai gydyti1. Periferinis į nikotiną panašus acetilcholino poveikis yra susijęs su jo dalyvavimu perduodant nervinius impulsus iš preganglioninių skaidulų į poganglionines skaidulas autonominiuose ganglijose, taip pat iš motorinių nervų į dryžuotuosius raumenis. Mažomis dozėmis jis yra fiziologinis nervinio sužadinimo perdavėjas, didelėmis dozėmis gali sukelti nuolatinę depoliarizaciją sinapsių srityje ir blokuoti sužadinimo perdavimą. Acetilcholinas taip pat vaidina svarbų vaidmenį kaip tarpininkas centrinėje nervų sistemoje. Jis dalyvauja perduodant impulsus įvairiose smegenų dalyse, o mažomis koncentracijomis palengvina, o didelėmis slopina sinapsinį perdavimą. Acetilcholino metabolizmo pokyčiai gali sukelti smegenų veiklos sutrikimus. Kai kurie centrinio veikimo antagonistai yra psichotropiniai vaistai. Acetilcholino antagonistų perdozavimas gali sukelti aukštesnės nervinės veiklos sutrikimus (haliucinogeninį poveikį ir kt.). Acetilcholino chloridas (Acetylcholini chloridum) gaminamas naudoti medicinos praktikoje ir eksperimentiniuose tyrimuose.

Negrįžtamas cholinesterazės slopinimas sukelia mirtį. Cholinesterazės inhibitoriai yra organiniai fosforo junginiai (chlorofosas, dichlorvosas, tabunas, zarinas, somanas, dvejetainiai nuodai). Šios medžiagos kovalentiškai jungiasi su serinu aktyvioje fermento vietoje. Kai kurie iš jų sintetinami kaip insekticidai, o kai kurie – kaip NVA (nervų nuodai). Mirtis įvyksta dėl kvėpavimo sustojimo.

Grįžtamieji cholinesterazės inhibitoriai naudojami kaip terapiniai vaistai. Pavyzdžiui, gydant glaukomą ir žarnyno atoniją.

KATECHOLAMINAI: norepinefrinas ir dopaminas.

Adrenerginės sinapsės randamos postganglioninėse skaidulose, simpatinės nervų sistemos skaidulose, įvairiose smegenų dalyse. Katecholaminai nerviniame audinyje sintetinami pagal bendrą mechanizmą iš tirozino. Pagrindinis fermentas sintezėje yra tirozino hidroksilazė, kurią slopina galutiniai produktai.

NORADRENALINAS yra simpatinės ir įvairių centrinės nervų sistemos dalių postganglioninių skaidulų siųstuvas.

DOPAMINAS yra kelių, kurių neuronų kūnai yra toje smegenų dalyje, kuri atsakinga už valingų judesių kontrolę, tarpininkas. Todėl, sutrikus dopaminerginiam perdavimui, atsiranda parkinsonizmo liga.

Katecholaminai, kaip ir acetilcholinas, kaupiasi sinapsinėse pūslelėse ir, gavus nervinį impulsą, taip pat išsiskiria į sinapsinį plyšį. Tačiau reguliavimas adrenerginiuose receptoriuose vyksta skirtingai. Presinapsinėje membranoje yra specialus reguliuojantis baltymas – alfa-achromograninas (Mm = 77 kDa), kuris, reaguodamas į siųstuvo koncentracijos padidėjimą sinapsiniame plyšyje, suriša jau išsilaisvinusį siųstuvą ir sustabdo tolesnę jo egzocitozę. Adrenerginėse sinapsėse nėra fermento, kuris sunaikintų siųstuvą. Perdavus impulsą, siųstuvo molekulė specialia transportavimo sistema per aktyvų transportavimą, dalyvaujant ATP, pumpuojama atgal per presinapsinę membraną ir vėl inkorporuojama į pūsleles. Presinapsiniame nervo gale perteklinį siųstuvą gali inaktyvuoti MAO, taip pat katecholamin-O-metiltransferazę metilinant hidroksi grupėje. Kokainas slopina aktyvų katecholaminų transportavimą.

Signalo perdavimas adrenerginėse sinapsėse vyksta pagal jums žinomą mechanizmą iš paskaitų tema „Hormonų biochemija“, dalyvaujant adenilato ciklazės sistemai. Siųstuvo prisijungimas prie postsinapsinio receptoriaus beveik akimirksniu padidina c-AMP koncentraciją, o tai lemia greitą postsinapsinės membranos baltymų fosforilinimą. Dėl to pasikeičia (slopina) postsinapsinės membranos generuojami nerviniai impulsai. Kai kuriais atvejais tiesioginė to priežastis yra padidėjęs postsinapsinės membranos pralaidumas kaliui arba sumažėjęs natrio laidumas (šie reiškiniai sukelia hiperpoliarizaciją).