Խոլինէսթերազ


Ընդհանուր բնութագիր 
Համաձայն Միջազգային կենսաքիմիական միության ֆերմենտների հանձնաժողովի, տարբերում են խոլինէսթերազների 2 տեսակ. ացետիլխոլինէսթերազ (EC 3.1.1.7), որը մեծ արագությամբ հիդրոլիզի է ենթարկում իր բնական սուբստրատ ացետիլխոլինը և խոլինէսթերազ (EC 3.1.1.8)` ֆերմենտների խումբ, որոնք առավելագույն արագությամբ հիդրոլիզի են ենթարկում այլ կարբոնաթթուների խոլինային էսթերները։ Այդ խմբին է պատկանում նաև բութիրիլխոլինէսթերազը, որը հայտնի է նաև պսևդոխոլինսթերազ (կեղծ խոլինսթերազ) անվամբ [1]: Ացետիլխոլինէսթերազը և բութիրիլխոլինէսթերազը հանդիսանում են խոլիներգիկ համակարգի ֆերմենտներ [2]: Ապացուցված է, որ ԱԽԷ կարևորագույն ֆիզիոլոգիական դերը` խոլիներգիկ սինասպսում նեյրոմեդիատոր հանդիսացող ացետիլխոլինի (ԱԽ) հիդրոլիզն է [3, 4]։ 
Սակայն, օրինակ՝ զանազան պատճառներով ԱԽԷ դեֆիցիտի պատճառով, ԱԽ հիդրոլիզ իրականացվում է ԲուԽԷ ներգործությամբ։ 
Բացի նյարդային վերջույթներից, կենդանիների օրգանիզմում ԱԽԷ-ն հայտնաբերված է նաև գլխուղեղի հյուսվածքներում, մկաններում և էրիթրոցիտներում։ ԲուԽԷ-ն առկա է արյան պլազմայում, ինչպես նաև լյարդի, սրտի, երիկամների հյուսվածքներում, աղեստամոքսային համակարգում [5, 6]։

Խոլինէսթերազների ֆունկցիաներ 
Տարբերում են ԱԽԷ-ի երկու հիմնական (դասական) ֆունկցիաներ, որոնք պայմանավորված են այս ֆերմենտի կատալիտիկ ներգործությամբ։ Հայտնի է, որ նեյրոմեդիատոր ԱԽ-ի ազդեցությունը պոստսինապտիկ մեմբրանների վրա ցիկլիկ բնույթ ունի։ Սինապտիկ բշտիկներից անջատված ԱԽ-ի մոլեկուլները, որոնք միանում են պոստսինապտիկ մեմբրանի կառուցվածքի մեջ մտնող խոլինոռեցեպտորներին, ի վերջո կատալիտիկ հիդրոլիզի են ենթարկվում ԱԽԷ-ի ներգործությամբ, որով և ավարտվում է հերթական իմպուլսի հաղորդումը։ Ցիկլի խանգարումը հանգեցնում է ացետիլխոլինի կուտակմանը սինապտիկ ճեղքում։ Որպես հետևանք, առաջ է գալիս արտահայտված խոլիներգիկ հիպերակտիվություն, ինչը կարող է հանգեցնել օրգանիզմի մահվան։ Մյուս կողմից նույն կատալիտիկ ռեակցիայի շնորհիվ անջատված խոլինը դիֆուզվում է նյարդային վերջույթի պրեսինապտիկ հատված, որտեղ այն օգտագործվում է ԱԽ-ի պաշարների վերականգման համար։ Խոլինի պակասորդի պայմաններում, սինապսի բնականոն աշխատանքը նույնպես խաթարվում է [2]։ Հայտնի են նաև ԱԽԷ-ի ոչ դասական ֆունկցիաներ, որոնց խանգարումները հանգեցնում են օրգանիզմի նորմալ կենսագործունեության խաթարման։ Ներկայումս այս ֆունկցիաների ուսումնասիրությունների հիման վրա մշակվում են նոր մոտեցումներ Ալցհեիմեր (ԱՀ) և հարակից հիվանդությունների ախտորոշման և կանխարգելման համար [7, 8]։ 
Ի տարբերություն ԱԽԷ-ի, ԲուԽԷ-ի ֆիզիոլոգիական ֆունկցիաների շուրջ դիսկուսիաները շարունակվում են։ Չնայած այս հանգամանքին ԲուԽԷ-ի դերը անհերքելի է կենդանի օրգանիզմի նորմալ կենսագործունեության ապահովման գործում։

Խոլինէսթերազների ակտիվ կենտրոնի կառուցվածքը 
Խոլինէսթերազները ունեն կառուցվածքային շատ ընդհանրություններ։ ԽԷ-ների ակտիվ կենտրոնն իրենից ներկայացնում է սպիտակուցային գլոբուլի զանգվածում տեղակայված խոռոչ [9, 10]։ ԽԷ-ների ակտիվ կենտրոնը տարածության մեջ որոշակի փոխադարձ դիրքավորում ունեցող ամինաթթվային մնացորդների բարդ համակարգ է։ Ակտիվ կենտրոնի տարբեր տեղամասերը կատալիտիկ պրոցեսում կատարում են խիստ որոշակի ֆունկցիաներ։ 
ԽԷ-ների ակտիվ կենտրոնի կառուցվածքի բացահայտման առաջին փորձերը հիմնված են եղել ԱԽ-ի քիմիական կառուցվածքի վերլուծության վրա։ ԱԽ-ի քիմիական կառույցում առկա են երկու կարևոր խմբեր՝ բարդ եթերային խումբը և խոլինի չորրորդային ամոնիումային (կատիոնային) գլխիկը։ 
ԱԽԷ-ի և ԲուԽէ-ի ակտիվ կենտրոնների կառուցվածքի վերաբերյալ ժամանակակից պատկերացումները հիմնված են ռենտգենկառուցվածքային անալիզի, սայտ-սպեցիֆիկ մուտագենեզի, և դասական դարձած այլ մեթոդներով ստացված արդյունքների վրա։ ԽԷ-ների ակտիվ կենտրոնը գտնվում է ոչ թե սպիտակուցի գլոբուլի արտաքին մակերևույթին, այլ իրենից ներկայացնում է խոռոչ, որի հատակին տեղակայված է կատալիտիկ սերինի ամինաթթվավային մնացորդը։ 
ԱԽԷ-ի ակտիվ կենտրոնում հիդրոլիզի ռեկցիայի կատալիզումը կատարվում է Ser-His-Glu կատալիտիկ եռյակի (տրիադա) փոխհամաձայնեցված ներգործությամբ [11]։ Նշված կատալիտիկ եռյակը գտնվում է ակտիվ կենտրոնը կազմող խոռոչի հատակին, սպիտակուցի մակրոմոլեկուլի մակերեսից մոտ 20 Å խորության վրա։ Ցույց է տրված, որ մարդու արյան շիճուկի ԲուԽԷ-ի կառուցվածքում նմանատիպ խոռոչի առկայություն, սակայն վերջինիս զբաղեցրած ծավալը զգալիորեն ավելի մեծ է (500 Å3 և 300 Å3) [9]։ Ծավալների այս տարբերության հիմնական պատճառն այն է, որ ի տարբերություն ԱԽԷ-ի խոռոչը կազմավորող 14 արոմատիկ ամինաթթվային մնացորդների, ԲուԽԷ-ի խոռոչում դրանցից 6-ը փոխարինված են ավելի փոքր չափերի՝ ալիֆատիկ ամինաթթվային մնացորդներով։ Ser-His-Glu եռյակը անփոփոխ կերպով հայտնաբերված է բոլոր ուսումնասիրված ԽԷ-ների կառուցվածքներում։ 
ԱԿ կազմում կարևորում են հետևյալ 4 տեղամասերը [12].
պերիֆերիկ անիոնային կենտրոն (peripheral anionic site),
խոլին-կապող կամ π-կատիոնային (cation-π site),
ացիլացնող կենտրոն (Ser- His- Glu կատալիտիկ եռյակ) օքսիանիոնային փոսիկ հետ (oxyanion hօle),
Ացիլ-կապող գրպան (acyl-bindiny pocket)։

Գրականություն 
Michaelson MJ, Zeimal EV։ Acetylcholine։ an approach to the molecular mechanisms of action. Oxford, Pergamon press, 1973.
Loewi O., Navratil E. Humoral transfer of heat-nerve action. X. Fate of the vagus substance. Pflüger’s Arch. 1926, 214, p. 678-688.
Massoulie J., Pezzementi L., Bon S., Krejci E., Vallette F.M. Molecular and cellular biology of cholinesterases. Prog. Neurobiol. 1993, 41, p. 31-91.
Enzyme Nomenclature. Recommendations of the Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology on the Nomenclature and Classification of Enzymes. San Diego (CA)։ Academic Press Inc.; 1992.
Silman I., Futerman A.H. Modes of attachment of acetylcholinesterase to the surface membrane. Eur. J. Biochem. 1988, 170 (1-2), p. 11–22.
Dave K.R., Syal A.R., Katyare S.S. Tissue cholinesterases. A comparative study of their kinetic properties. Z. Naturforsch. 2000; 55, 100-108.
Bourne Y., Kolb H., Radic Z. et al. Freeze-frame inhibitor captures acetylcholinesterase in a unique conformation. Proc Nati Acad Sci USA. 2004; 101, 1449-1454.
Piazzi L., Rampa A., Bisi A., Gobbi S. et al. 3- (4-[[benzyl (methyl)amino] methyl]phenyl)-6, 7-dimetoxy-2H-2-chromenone (AP2238) inhibits both acetylcholinesterase and acetylcholinesterase-induced beta-amyloid aggregation։ a dual function lead for Alzheimer’s disease therapy. J Med Chem. 2003; 46, 2279-2282.
Sussman J.L., Harel M., Frolow F. et al. Atomic structure of Acetylcholinesterase from Torpedo californica։ a prototypic acetylcholine-binding protein. Science 1991, 253, p. 872-879.
Nicolet Y., Lockridge O., Masson P., Fontecilla-Camps J.C. and Nachon F. Crystal structure of human butyrylcholinesterase and of its complexes with substrate and products. J. Biol. Chem. 2003, 278, p. 41141-41147.
Taylor P., Lappi S. Interaction of fluorescence probes with acetylcholinesterase. Site and specificity of propidium binding. Biochemistry; 1975; 14 (9); 1989-1997.
Martin Ezio, Butyrycholinesterase։ Its function and inhibitors. London and New York 2003; 181.

ՖՀ 3.1.1
Ֆերմենտներ
Ընդհանուր բնութագիր Համաձայն Միջազգային կենսաքիմիական միության ֆերմենտների հանձնաժողովի , տարբերում են խոլինէսթերազներիտեսակ . ացետիլխոլինէսթերազ ( EC1.1.7 ) , որը մեծ արագությամբ հիդրոլիզի է ենթարկում իր բնական սուբստրատ ացետիլխոլինը և խոլինէսթերազ ( EC1.1.8 ) ` ֆերմենտների խումբ , որոնք առավելագույն արագությամբ հիդրոլիզի են ենթարկում այլ կարբոնաթթուների խոլինային էսթերները ։ Այդ խմբին է պատկանում նաև բութիրիլխոլինէսթերազը , որը հայտնի է նաև պսևդոխոլինսթերազ ( կեղծ խոլինսթերազ ) անվամբ [ 1 ] : Ացետիլխոլինէսթերազը և բութիրիլխոլինէսթերազը հանդիսանում են խոլիներգիկ համակարգի ֆերմենտներ [ 2 ] : Ապացուցված է , որ ԱԽԷ կարևորագույն ֆիզիոլոգիական դերը ` խոլիներգիկ սինասպսում նեյրոմեդիատոր հանդիսացող ացետիլխոլինի ( ԱԽ ) հիդրոլիզն է [ 3 , ։ Սակայն , օրինակ ՝ զանազան պատճառներով ԱԽԷ դեֆիցիտի պատճառով , ԱԽ հիդրոլիզ իրականացվում է ԲուԽԷ ներգործությամբ ։ Բացի նյարդային վերջույթներից , կենդանիների օրգանիզմում ԱԽ Է- ն հայտնաբերված է նաև գլխուղեղի հյուսվածքներում , մկաններում և էրիթրոցիտներում ։ ԲուԽ Է - ն առկա է արյան պլազմայում , ինչպես նաև լյարդի , սրտի , երիկամների հյուսվածքներում , աղեստամոքսային համակարգում [ 5 , ։ Խոլինէսթերազների ֆունկցիաներ Տարբերում են ԱԽ Է- ի երկու հիմնական ( դասական ) ֆունկցիաներ , որոնք պայմանավորված են այս ֆերմենտի կատալիտիկ ներգործությամբ ։ Հայտնի է , որ նեյրոմեդիատոր ԱԽ-ի ազդեցությունը պոստսինապտիկ մեմբրանների վրա ցիկլիկ բնույթ ունի ։ Սինապտիկ բշտիկներից անջատված ԱԽ-ի մոլեկուլները , որոնք միանում են պոստսինապտիկ մեմբրանի կառուցվածքի մեջ մտնող խոլինոռեցեպտորներին , ի վերջո կատալիտիկ հիդրոլիզի են ենթարկվում ԱԽ Է- ի ներգործությամբ , որով և ավարտվում է հերթական իմպուլսի հաղորդումը ։ Ցիկլի խանգարումը հանգեցնում է ացետիլխոլինի կուտակմանը սինապտիկ ճեղքում ։ Որպես հետևանք , առաջ է գալիս արտահայտված խոլիներգիկ հիպերակտիվություն , ինչը կարող է հանգեցնել օրգանիզմի մահվան ։ Մյուս կողմից նույն կատալիտիկ ռեակցիայի շնորհիվ անջատված խոլինը դիֆուզվում է նյարդային վերջույթի պրեսինապտիկ հատված , որտեղ այն օգտագործվում է ԱԽ-ի պաշարների վերականգման համար ։ Խոլինի պակասորդի պայմաններում , սինապսի բնականոն աշխատանքը նույնպես խաթարվում է [ 2 ] ։ Հայտնի են նաև ԱԽ Է- ի ոչ դասական ֆունկցիաներ , որոնց խանգարումները հանգեցնում են օրգանիզմի նորմալ կենսագործունեության խաթարման ։ Ներկայումս այս ֆունկցիաների ուսումնասիրությունների հիման վրա մշակվում են նոր մոտեցումներ Ալցհեիմեր ( ԱՀ ) և հարակից հիվանդությունների ախտորոշման և կանխարգելման համար [ 7 , ։ Ի տարբերություն ԱԽ Է- ի , ԲուԽ Է-ի ֆիզիոլոգիական ֆունկցիաների շուրջ դիսկուսիաները շարունակվում են ։ Չնայած այս հանգամանքին ԲուԽ Է - ի դերը անհերքելի է կենդանի օրգանիզմի նորմալ կենսագործունեության ապահովման գործում ։ Խոլինէսթերազների ակտիվ կենտրոնի կառուցվածքը Խոլինէսթերազները ունեն կառուցվածքային շատ ընդհանրություններ ։ Խ Է - ների ակտիվ կենտրոնն իրենից ներկայացնում է սպիտակուցային գլոբուլի զանգվածում տեղակայված խոռոչ [ 9 , ։ Խ Է - ների ակտիվ կենտրոնը տարածության մեջ որոշակի փոխադարձ դիրքավորում ունեցող ամինաթթվային մնացորդների բարդ համակարգ է ։ Ակտիվ կենտրոնի տարբեր տեղամասերը կատալիտիկ պրոցեսում կատարում են խիստ որոշակի ֆունկցիաներ ։ Խ Է - ների ակտիվ կենտրոնի կառուցվածքի բացահայտման առաջին փորձերը հիմնված են եղել ԱԽ-ի քիմիական կառուցվածքի վերլուծության վրա ։ ԱԽ-ի քիմիական կառույցում առկա են երկու կարևոր խմբեր ՝ բարդ եթերային խումբը և խոլինի չորրորդային ամոնիումային ( կատիոնային ) գլխիկը ։ ԱԽ Է- ի և ԲուԽէ - ի ակտիվ կենտրոնների կառուցվածքի վերաբերյալ ժամանակակից պատկերացումները հիմնված են ռենտգենկառուցվածքային անալիզի , սայտ - սպեցիֆիկ մուտագենեզի , և դասական դարձած այլ մեթոդներով ստացված արդյունքների վրա ։ Խ Է - ների ակտիվ կենտրոնը գտնվում է ոչ թե սպիտակուցի գլոբուլի արտաքին մակերևույթին , այլ իրենից ներկայացնում է խոռոչ , որի հատակին տեղակայված է կատալիտիկ սերինի ամինաթթվավային մնացորդը ։ ԱԽ Է- ի ակտիվ կենտրոնում հիդրոլիզի ռեկցիայի կատալիզումը կատարվում է Ser - His - Glu կատալիտիկ եռյակի ( տրիադա ) փոխհամաձայնեցված ներգործությամբ [ 11 ] ։ Նշված կատալիտիկ եռյակը գտնվում է ակտիվ կենտրոնը կազմող խոռոչի հատակին , սպիտակուցի մակրոմոլեկուլի մակերեսից մոտÅ խորության վրա ։ Ցույց է տրված , որ մարդու արյան շիճուկի ԲուԽ Է -ի կառուցվածքում նմանատիպ խոռոչի առկայություն , սակայն վերջինիս զբաղեցրած ծավալը զգալիորեն ավելի մեծ էÅ3 ևÅ3 ) [ 9 ] ։ Ծավալների այս տարբերության հիմնական պատճառն այն է , որ ի տարբերություն ԱԽ Է- ի խոռոչը կազմավորողարոմատիկ ամինաթթվային մնացորդների , ԲուԽ Է - ի խոռոչում դրանցիցը փոխարինված են ավելի փոքր չափերի ՝ ալիֆատիկ ամինաթթվային մնացորդներով ։ Ser - His - Glu եռյակը անփոփոխ կերպով հայտնաբերված է բոլոր ուսումնասիրված ԽԷ - ների կառուցվածքներում ։ ԱԿ կազմում կարևորում են հետևյալտեղամասերը [ 12 ] . պերիֆերիկ անիոնային կենտրոն ( peripheral anionic site ) , խոլին - կապող կամ π - կատիոնային ( cation - π site ) , ացիլացնող կենտրոն ( Ser - His - Glu կատալիտիկ եռյակ ) օքսիանիոնային փոսիկ հետ ( oxyanion hօle ) , Ացիլ - կապող գրպան ( acyl - bindiny pocket ) ։ Գրականություն Michaelson MJ , Zeimal EV ։ Acetylcholine ։ an approach to the molecular mechanisms of action . Oxford , Pergamon press , Loewi O . , Navratil E . Humoral transfer of heat - nerve action . X . Fate of the vagus substance . Pflüger ’s Arch . p . 678- 688 . Massoulie J . , Pezzementi L . , Bon S . , K rejci E . , Vallette F .M . Molecular and cellular biology of cholinesterases . Prog . Neurobiol . p . 31-91 . Enzyme Nomenclature . Recommendations of the Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology on the Nomenclature and Classification of Enzymes . San Diego ( CA ) ։ Academic Press Inc . ; Silman I . , Futerman A . H . Modes of attachment of acetylcholinesterase to the surface membrane . Eur . J . Biochem .( 1- 2 ) , p . 11 – 22 . Dave K .R. , Syal A .R . , Katyare S.S . Tissue cholinesterases . A comparative study of their kinetic properties . Z. Naturforsch. Bourne Y . , K olb H. , Radic Z. et al . Freeze - frame inhibitor captures acetylcholinesterase in a unique conformation . Proc Nati Acad Sci USA . Piazzi L . , Rampa A . , Bisi A . , Gobbi S . et al . [ [ benzyl ( methyl ) amino ] methyl ] phenyl ) -6 , dimetoxy -2 H- 2-chromenone ( AP2238 ) inhibits both acetylcholinesterase and acetylcholinesterase - induced beta - amyloid aggregation ։ a dual function lead for Alzheimer’s disease therapy . J Med C hem . Sussman J .L . , Harel M . , Frolow F . et al . Atomic structure of Acetylcholinesterase from Torpedo californica ։ a prototypic acetylcholine - binding protein . Science p . 872-879 . Nicolet Y . , Lockridge O . , Masson P . , Fontecilla - Camps J .C . and Nachon F . Crystal structure of human butyrylcholinesterase and of its complexes with substrate and products . J . Biol . C hem . p . 41141-41147 . Taylor P . , Lappi S . Interaction of fluorescence probes with acetylcholinesterase . Site and specificity of propidium binding . Biochemistry ; ( 9 ) ; Martin Ezio , Butyrycholinesterase ։ Its function and inhibitors . London and New York ՖՀ1.1 Ֆերմենտներ