Hidrólisis de la acetilcolina
La enzima cataliza una reacción bioquímica de hidrólisis, durante la cual la molécula de acetilcolina interactúa con el agua y se descompone en dos componentes.
- Sustrato: Acetilcolina. Su estructura química tiene la forma $CH_3-CO-O-CH_2-CH_2-N^+(CH_3)_3$.
- Productos de la reacción: Como resultado de la escisión del enlace éster, se liberan colina ($HO-CH_2-CH_2-N^+(CH_3)_3$) y ácido acético ($CH_3-COOH$).
De este modo, la enzima asegura la inactivación del mediador inmediatamente después de que este haya cumplido su función de señalización.
Estructura del centro activo
Para que la molécula de sustrato pueda unirse a la enzima y sufrir una transformación química, el centro activo de la acetilcolinesterasa tiene una estructura estrictamente específica. Incluye dos regiones funcionales clave:
- Centro aniónico (sitio de unión). Esta región posee una carga negativa ($\Theta$). Su tarea principal es atraer electrostáticamente y fijar firmemente el sustrato. La fijación se produce debido a la interacción con el grupo amonio cuaternario con carga positiva de nitrógeno ($N^+$) que forma parte de la acetilcolina.
- Centro esterásico (sitio catalítico). Es aquí donde transcurre la reacción química en sí: la hidrólisis del enlace éster de la molécula mediadora.
Mecanismo de catálisis normal
El proceso de hidrólisis en condiciones normales transcurre en varias etapas determinadas por la orientación espacial del sustrato:
- La molécula de acetilcolina se aproxima al centro activo de la enzima.
- El átomo de nitrógeno con carga positiva en la estructura del sustrato se une al sitio aniónico con carga negativa.
- El enlace éster de la molécula se posiciona con precisión en el sitio catalítico (esterásico).
- Se produce la escisión química del sustrato con la adición de una molécula de agua.
Inhibición competitiva de la enzima
Algunas sustancias químicas son capaces de bloquear el trabajo de la acetilcolinesterasa. Los inhibidores competitivos ocupan el centro activo de la enzima, haciendo imposible la unión del sustrato natural. Como resultado, la acetilcolina no se degrada y comienza a acumularse en la hendidura sináptica. Entre estas sustancias se encuentran:
- Proserinum (Neostigmina). Estructuralmente se parece a la acetilcolina y contiene un grupo cargado positivamente. Al ocupar el centro activo, bloquea físicamente el acceso al mediador.
- Edrophonium (Edrofonio). También interactúa con el sitio aniónico de la enzima. La unión se logra gracias a la carga positiva en el átomo de nitrógeno y al grupo hidroxilo, que imita la estructura del sustrato natural.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué residuos de aminoácidos forman el centro esterásico (catalítico) de la acetilcolinesterasa?
El centro esterásico (catalítico) de la acetilcolinesterasa está formado por los radicales de tres aminoácidos que constituyen la «tríada catalítica». La composición del centro catalítico de la AChE humana incluye:
- Serina (Ser-203) — grupo hidroxilo;
- Histidina (His-447) — anillo de imidazol;
- Glutamato (Glu-334) — grupo carboxilo.
¿A qué clase de enzimas pertenece la acetilcolinesterasa según la clasificación internacional?
La acetilcolinesterasa pertenece a la clase 3 (hidrolasas) y a la subclase de las esterasas. Son enzimas que escinden enlaces covalentes en ésteres con la adición de una molécula de agua.
El nombre sistemático de la acetilcolinesterasa es acetilcolina acilhidrolasa.
¿Dónde se localiza exactamente la acetilcolinesterasa en la sinapsis neuromuscular?
Las fuentes indican que la acetilcolinesterasa se localiza en las sinapsis y degrada la acetilcolina en la hendidura sináptica. Sin embargo, la posición exacta de la enzima en relación con las membranas presináptica y postsináptica en la sinapsis neuromuscular no se detalla en los materiales presentados.
¿Qué sustancias son inhibidores irreversibles de la acetilcolinesterasa?
Los inhibidores irreversibles de la acetilcolinesterasa son los compuestos organofosforados (COF). Estos interactúan con el centro esterásico de la enzima, formando un enlace covalente entre el residuo fosforílico y el grupo OH de la serina.
Como ejemplo de sustancia que entra en la reacción de inhibición irreversible con la acetilcolinesterasa, se menciona el diisopropilfluorofosfato.
¿Cuál es la diferencia entre la acetilcolinesterasa verdadera y la butirilcolinesterasa (pseudocolinesterasa)?
Las diferencias entre la acetilcolinesterasa verdadera y la butirilcolinesterasa (pseudocolinesterasa) radican en su localización y función:
| Característica | Acetilcolinesterasa | Butirilcolinesterasa |
|---|---|---|
| Localización | En las sinapsis | Plasma sanguíneo, hígado, otros órganos |
| Función | Asegura la inactivación rápida del mediador | Hidroliza la acetilcolina de manera extrasináptica |
El centro aniónico de la enzima atrae al nitrógeno (A-A), mientras que el esterásico (catalítico) escinde el enlace éster (E-E).
Preguntas de clases y exámenes
¿En qué productos se descompone la acetilcolina?
Durante la hidrólisis bajo la acción de la acetilcolinesterasa se forman colina y ácido acético.
¿Gracias a qué se fija el sustrato en el centro activo?
El grupo amonio cuaternario con carga positiva de nitrógeno en la molécula de acetilcolina es atraído hacia el centro aniónico con carga negativa de la enzima.
¿A qué conduce la acción de la neostigmina y el edrofonio?
Estas sustancias son inhibidores competitivos. Bloquean el centro activo de la enzima, por lo que la acetilcolina no se hidroliza y se acumula en la hendidura sináptica.
Qué más repasar sobre el tema
- Estructura química de la acetilcolina
- Mecanismos de formación y ruptura de enlaces éster
- Especificidad de los inhibidores competitivos
- Consecuencias fisiológicas de la acumulación del mediador en la hendidura sináptica
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