Hydrolyse de l'acétylcholine
L'enzyme catalyse une réaction biochimique d'hydrolyse au cours de laquelle une molécule d'acétylcholine réagit avec l'eau et se décompose en deux composants.
- Substrat : Acétylcholine. Sa structure chimique est la suivante : $CH_3-CO-O-CH_2-CH_2-N^+(CH_3)_3$.
- Produits de la réaction : La rupture de la liaison ester libère de la choline ($HO-CH_2-CH_2-N^+(CH_3)_3$) et de l'acide acétique ($CH_3-COOH$).
Ainsi, l'enzyme assure l'inactivation du médiateur immédiatement après que celui-ci a rempli sa fonction de signalisation.
Structure du site actif
Pour qu'une molécule de substrat puisse se lier à l'enzyme et subir une transformation chimique, le site actif de l'acétylcholinestérase possède une structure strictement spécifique. Il comprend deux zones fonctionnelles clés :
- Site anionique (site de liaison). Cette zone porte une charge négative ($\Theta$). Sa principale tâche est d'attirer électrostatiquement et de fixer rigidement le substrat. Cette fixation s'effectue grâce à l'interaction avec le groupe ammonium quaternaire chargé positivement ($N^+$) présent dans la structure de l'acétylcholine.
- Site estérasique (site catalytique). C'est ici que se déroule la réaction chimique elle-même, à savoir l'hydrolyse de la liaison ester de la molécule du médiateur.
Mécanisme de la catalyse normale
Le processus d'hydrolyse dans des conditions normales se déroule en plusieurs étapes déterminées par l'orientation dans l'espace du substrat :
- La molécule d'acétylcholine s'approche du site actif de l'enzyme.
- L'atome d'azote chargé positivement dans la structure du substrat se lie au site anionique chargé négativement.
- La liaison ester de la molécule se positionne précisément dans le site catalytique (estérasique).
- Il se produit un clivage chimique du substrat avec l'addition d'une molécule d'eau.
Inhibition compétitive de l'enzyme
Certaines substances chimiques sont capables de bloquer l'action de l'acétylcholinestérase. Les inhibiteurs compétitifs occupent le site actif de l'enzyme, rendant impossible la fixation du substrat naturel. En conséquence, l'acétylcholine n'est pas dégradée et commence à s'accumuler dans la fente synaptique. Ces substances comprennent :
- Prostigminum (Prostigmine / Néostigmine). Structurellement similaire à l'acétylcholine et dotée d'un groupe chargé positivement. En occupant le site actif, elle obstrue physiquement l'accès au médiateur.
- Edrophonium (Édrophonium). Interagit également avec le site anionique de l'enzyme. Cette liaison est assurée grâce à la charge positive sur l'atome d'azote et au groupe hydroxyle qui imite la structure du substrat naturel.
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Quels résidus d'acides aminés forment le site estérasique (catalytique) de l'acétylcholinestérase ?
Le site estérasique (catalytique) de l'acétylcholinestérase est formé par les chaînes latérales de trois acides aminés constituant la « triade catalytique ». Le site catalytique de l'AChE humaine comprend :
- La sérine (Ser-203) — groupe hydroxyle ;
- Histidine (his-447) — cycle imidazole ;
- Le glutamate (Glu-334) — groupe carboxyle.
À quelle classe d'enzymes selon la classification internationale appartient l'acétylcholinestérase ?
L'acétylcholinestérase appartient à la classe 3 — Hydrolases, sous-classe des estérases. Ce sont des enzymes qui clivent une liaison covalente dans les esters avec l'addition d'une molécule d'eau.
Le nom systématique de l'acétylcholinestérase est acétylcholine-acylhydrolase.
Où exactement l'acétylcholinestérase est-elle localisée dans la synapse neuromusculaire ?
Les sources indiquent que l'acétylcholinestérase est localisée dans les synapses et détruit l'acétylcholine dans la fente synaptique. Cependant, la position exacte de l'enzyme par rapport aux membranes pré- et postsynaptique dans la synapse neuromusculaire n'est pas détaillée dans les documents présentés.
Quelles substances sont des inhibiteurs irréversibles de l'acétylcholinestérase ?
Les inhibiteurs irréversibles de l'acétylcholinestérase sont les composés organophosphorés (COP). Ils interagissent avec le site estérasique de l'enzyme en formant une liaison covalente entre le résidu phosphoryle et le groupe -OH de la sérine.
Le diisopropylfluorophosphate est mentionné comme exemple de substance participant à la réaction d'inhibition irréversible avec l'acétylcholinestérase.
Quelle est la différence entre l'acétylcholinestérase vraie et la butyrylcholinestérase (pseudocholinestérase) ?
Les différences entre l'acétylcholinestérase vraie et la butyrylcholinestérase (pseudocholinestérase) résident dans leur localisation et leur fonction :
| Caractéristique | Acétylcholinestérase | Butyrylcholinestérase |
|---|---|---|
| Localisation | Dans les synapses | Plasma sanguin, foie, autres organes |
| Fonction | Assure l'inactivation rapide du médiateur | Hydrolyse l'acétylcholine de manière extrasynaptique |
Le site anionique de l'enzyme attire l'azote (A-A), tandis que le site estérasique (catalytique) clive la liaison ester (E-E).
Questions des cours et des examens
Quels sont les produits de dégradation de l'acétylcholine ?
Au cours de l'hydrolyse par l'acétylcholinestérase, il se forme de la choline et de l'acide acétique.
Grâce à quoi le substrat est-il fixé dans le site actif ?
Le groupe ammonium quaternaire chargé positivement de la molécule d'acétylcholine est attiré par le site anionique chargé négativement de l'enzyme.
À quoi conduit l'action de la prostigmine et de l'édrophonium ?
Ces substances sont des inhibiteurs compétitifs. Elles bloquent le site actif de l'enzyme, empêchant l'hydrolyse de l'acétylcholine qui s'accumule alors dans la fente synaptique.
À étudier également sur le sujet
- Structure chimique de l'acétylcholine
- Mécanismes de formation et de rupture des liaisons esters
- Spécificité des inhibiteurs compétitifs
- Conséquences physiologiques de l'accumulation du médiateur dans la fente synaptique
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