تبلیغات
سم شناسی دانشگاه تربیت مدرس - سیستم کولینرژیک (1) استیل کولین استراز
دوشنبه 6 مهر 1394

سیستم کولینرژیک (1) استیل کولین استراز

   نوشته شده توسط:    

عماد جعفرزاده

. استیل کولین استراز

استیل کولین استراز یک پروتئین 60 کیلو دالتونی بوده و به خانواده آلفا / بتا هیدرولازها متعلق است. بسته به ساختار به شکلهای گوناگون و از نظر مکانی به شکل داخل و خارج سلولی موجود است. استیل کولین استراز سیتوزولی مسئول حذف استیل کولین اضافه در داخل سلول است و استیل کولین موجود در فضای سیناپسی یا فضای بین عصب و عضله به وسیله آنزیم خارج سلولی تجزیه میشود.این آنزیم از لحاظ ساختاری مانند تمام آلفا / بتا هیدرولازها از 12 بتا شیت و 14 آلفا هلیکس تشکیل شده است. با توجه به ساختار آنزیم (TcAChE)[1] که به وسیله X-Ray کریستالوگرافی به دست آمده وجود یک حفره دراز به طول Å 20 که به سایت فعال آنزیم ختم میشود به اثبات رسیده است. این حفره به وسیله اسیدهای آمینه آروماتیک حفظ شدهای احاطه میگردد و پهنای آن به Å 5 در حد فاصلTyr121 وPhe330 میرسد. با توجه به اینکه قطر بخش کواترنری استیل کولین Å 6.4 میباشد، در حین قرارگیری سوبسترا در جایگاه فعال آنزیم تغییرات ساختاری در آنزیم رخ میدهد.

بر اساس مدلهای بدست آمده در مطالعات کینتیکی حداقل دو جایگاه فعال برای آنزیم وجود دارد: یکی به نام جایگاه کاتالیتیکی در کف حفره و دیگری با نام PAS[2] در مدخل ورودی حفره. جایگاه فعال از دو زیر جایگاه تشکیل شده است: زیرجایگاه استری و زیر جایگاه کاتالیتیک آنیونی (CAS). زیر جایگاه استری در آنزیم شامل سه گانه کاتالیتیک سرین-هیدرولازSer200- His440- Glu327 در TcAChE و Ser203- His447- Glu33در AChE پستانداران میباشد.

چندین بخش مهم در آنزیم وجود دارند که در اتصال سوبسترا به آنزیم استیل کولین استراز نقش دارند؛ شامل حفره اکسی آنیونی تشکیل شده از Gly118, Gly119 و Ala201 و پاکت آسیلی که از Trp233, Phe288, Phe290 Phe331 تشکیل شده است.CAS فاقد اسید آمینه با بار منفی است اما حلقه ایندول درTrp84, Glu199 وPhe330 میتواند با بخش کواترنری سوبسترا پیوند از نوع cation-π ایجاد کند. مهار کنندههای آنزیم با اتصال به جایگاه فعال با تمایل بالا مثل تاکرین و یا از طریق اتصال برگشت ناپذیر به آنزیم مثل ارگانو فسفره ها آن را غیر فعال و مهار میکنند.


با استفاده از مهارکنندههایی مثل پروپیدیوم و BW284C51 و د- توبوکورارین و فاسیکولین مشخص شد که سه آمینو اسید Trp279, Tyr70, Asp72 بخش PAS را شکل میدهند. بعدها ساختارهای سه بعدی آنزیم با این مهار کنندهها این فرضیه را قوت بخشید.

ثابت شده است که PAS دارای دو نقش مهم است یکی گرفتن و هدایت سوبسترا به جایگاه فعال و دیگری به عنوان تنظیم کننده فعالیت آنزیم. مهار این جایگاه به علت جلوگیری از تغییرات کانفورماسیونی آنزیم باعث کاهش فعالیت آنزیم میشود. به نظر میرسد سوبسترایی که به PAS متصل است از رها شدن بخش کولین هیدرولیز شده جلوگیری میکند. ترکیبات کاتیونی bis-quaternary مثل دکامتونیوم قابلیت اتصال به هر دو جایگاه را داشته و به آنها مهارکنندههای دوگانه میگویند.

استیل کولین استراز هدف درمانی داروهایی است که در درمان میاستنی گراویس و گلوکوم و درمان علایم ناشی از کم کاری سیستم کولینرژیک وابسته به بیماری آلزایمر کاربرد دارد.

با شناسایی ساختار سه بعدی آنزیم استیل کولین استراز Torpedo californica اطلاعات ما از بخشهای ساختاری مورد نیاز برای مهار آنزیم را افزایش داده است. متعاقب آن شناسایی ساختار استیل کولین استراز انسان و دروزوفیلا این اجازه را به ما میدهد تا بر اساس ساختار آنزیم مهار کنندههای آن را طراحی کنیم.

برخلاف انتظار برای چنین آنزیم سریعی جایگاه فعال آنزیم در کف یک شکاف باریک قرار گرفته که توسط 14 آمینواسید حفظ شده احاطه میشود. عنصر مهم جایگاه آنیونی جایگاه فعال آنزیم از مجموعه چند اسید آمینه با بار منفی ساخته نشده بلکه مشخص شده حلقه ایندول آمینواسید تریپتوفان 84 است که با گروه آمین بخش کولین استیل کولین پیوند پای-کاتیون برقرار میکند. مشابها در بخش آنیونی جانبی در بالای شکاف که محل اتصال با ترکیبات بیس کواترنری و لیگاندهای این بخش میباشد، حلقه ایندول تریپتوفان 279 در اتصال نقش دارد. ترکیبات بیس کواترنری مثل دکامتونیوم از طریق اتصال به این دو آمینواسید حفظ شده باعث مهار آنزیم میشود. از سویی دیگر بخش استیل، استیل کولین توسط بخشی به نام پاکت آسیلی که از 2 اسید آمینه فنیل آلانین 288 و 290 تشکیل شده احاطه میشود.

سنتز مهار کنندههای استیل کولین استراز بر اساس ساختمان آنزیم

در سالهای اخیر غربالگری با کار آیی بالا برای پیدا کردن ترکیبات راهبر مورد استفاده قرار گرفته است. اما برخلاف انتظار بیش از 99% ترکیبات به دست آمده با این روش غیر فعال میباشند. به همین منظور تلاشها مبنی بر به دست آوردن ترکیبات فعال پایه ریزی شد. در روش طراحی بر اساس آنزیم هدف از پروتئین هدف به عنوان قالب به منظور طراحی یک لیگاند اختصاصی با به کار بردن مجموعهای از بلوکهای ساختاری که در اتصال به آنزیم نقش دارند استفاده میشود.

آنزیم استیل کولین استراز مهره داران میتواند به عنوان هدفی برای توکسینهای طبیعی و صناعی باشد همانطور که هدف داروهای مورد استفاده برای درمان اختلالات نوروماسکولار و نسل اول داروهای ضد آلزایمر میباشد. همچنین استیل کولین استراز بی مهرگان هدف حشره کشهای ارگانو فسفره و کارباماتی میباشد. مقالات زیادی زیادی در مورد سنتز و بررسی ترکیبات ضد کولین استراز موجود میباشد.

روشهای ترکیبی پیشتر به منظور یافتن مهار کنندههای بیس-پیریدینیومی استیل کولین استراز به کار رفته است اما روشهای مبتنی بر استفاده از آنزیم هدف در طراحی دارو در دهه اخیر مورد استفاده قرار گرفته است.

در سالهای اخیر طراحی دارو بر اساس ساختار موفقیتهای چشمگیری را به همراه داشته است. مشخص شدن ساختار کریستالی پروتئینهای هدف متصل به مهارکننده به وسیله اشعه X یا NMR کمک زیادی به یافتن ترکیبات اختصاصی تر و موثرتر نموده است.

مشخص شده است که استیل کولین استراز باعث تسریع روند تشکیل فیبریلهای  از طریق تداخل با پروتئین در سطح جایگاه آنیونی جانبی میشود. به همین دلیل استیل کولین استراز و مهار کنندههایی که در سطح جایگاه آنیونی جانبی با آن تداخل دارند در ایجاد و بهبود روند درمانی آلزایمر نقش دارند. از طرفی مشخص شده است که کمپلکس استیل کولین استراز و رسوبات  نسبت به  تنها از سمیت بالاتری برای سلول برخوردار است. توانایی استیل کولین استراز در ایجاد این فیبریلها توسط یک پپتید هیدروفوب که همان توالی ناحیه آنیونی جانبی را دارد تقلید میشود. بنابراین دسته جدیدی از مهار کنندهها که توانایی اتصال به هر دو جایگاه فعال را داشته باشند را میتوان طراحی نمود مشابه دونپزیل یا BW284C51.


 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر