Гидролиз ацетилхолина
Фермент катализирует биохимическую реакцию гидролиза, в ходе которой молекула ацетилхолина взаимодействует с водой и распадается на два компонента.
- Субстрат: Ацетилхолин. Его химическая структура имеет вид $CH_3-CO-O-CH_2-CH_2-N^+(CH_3)_3$.
- Продукты реакции: В результате расщепления эфирной связи высвобождаются холин ($HO-CH_2-CH_2-N^+(CH_3)_3$) и уксусная кислота ($CH_3-COOH$).
Таким образом, фермент обеспечивает инактивацию медиатора сразу после того, как он выполнил свою сигнальную функцию.
Строение активного центра
Для того чтобы молекула субстрата могла связаться с ферментом и подвергнуться химическому превращению, активный центр ацетилхолинэстеразы имеет строго специфическую структуру. Он включает два ключевых функциональных участка:
- Анионный центр (участок связывания). Этот участок несет отрицательный заряд ($\Theta$). Его главная задача — электростатически притянуть и жестко зафиксировать субстрат. Фиксация происходит за счет взаимодействия с положительно заряженной четвертичной аммониевой группой азота ($N^+$), входящей в состав ацетилхолина.
- Эстеразный центр (каталитический участок). Именно здесь протекает сама химическая реакция — гидролиз эфирной связи молекулы медиатора.
Механизм нормального катализа
Процесс гидролиза в нормальных условиях протекает в несколько этапов, определяемых пространственной ориентацией субстрата:
- Молекула ацетилхолина приближается к активному центру фермента.
- Положительно заряженный атом азота в структуре субстрата связывается с отрицательно заряженным анионным участком.
- Эфирная связь молекулы точно позиционируется в каталитическом (эстеразном) участке.
- Происходит химическое расщепление субстрата с присоединением молекулы воды.
Конкурентное ингибирование фермента
Некоторые химические вещества способны блокировать работу ацетилхолинэстеразы. Конкурентные ингибиторы занимают активный центр фермента, делая невозможным присоединение естественного субстрата. В результате ацетилхолин не разрушается и начинает накапливаться в синаптической щели. К таким веществам относятся:
- Proserinum (Прозерин). Структурно напоминает ацетилхолин и содержит положительно заряженную группу. Занимая активный центр, он физически перекрывает доступ для медиатора.
- Edrophonium (Эндрофоний). Также взаимодействует с анионным участком фермента. Связывание обеспечивается благодаря положительному заряду на атоме азота и гидроксильной группе, которая имитирует структуру естественного субстрата.
Анионный центр фермента притягивает азот (А-А), а эстеразный (каталитический) расщепляет эфирную связь (Э-Э).
Вопросы с занятий и экзамена
На какие продукты расщепляется ацетилхолин?
В ходе гидролиза под действием ацетилхолинэстеразы образуются холин и уксусная кислота.
За счет чего субстрат фиксируется в активном центре?
Положительно заряженная четвертичная аммониевая группа азота в молекуле ацетилхолина притягивается к отрицательно заряженному анионному центру фермента.
К чему приводит действие прозерина и эндрофония?
Эти вещества являются конкурентными ингибиторами. Они блокируют активный центр фермента, из-за чего ацетилхолин не гидролизуется и накапливается в синаптической щели.
Что ещё разобрать по теме
- Химическая структура ацетилхолина
- Механизмы образования и разрыва эфирных связей
- Специфичность конкурентных ингибиторов
- Физиологические последствия накопления медиатора в синаптической щели
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Ацетилхолинэстераза» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Энзимология»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.