एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़: संरचना, कार्य और अवरोधक - जीवविज्ञान - 2025

एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ (acetylcholine एसिटाइल hydrolase, चुनाव आयोग 3.1.1.7) एक एंजाइम मुख्य रूप से केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में पाया जाता है। इसका कार्य, जैसा कि नाम से ही स्पष्ट है, न्यूरोट्रांसमीटर एसिटाइलकोलाइन का हाइड्रोलाइटिक प्रसंस्करण है।

यह कोशिका झिल्ली से जुड़ा एक एंजाइम है जो एसिटाइलकोलाइन रिसेप्टर के साथ मिलकर पोस्टसिनेप्टिक कोशिकाओं के उत्तेजना को ध्यान में रखता है और जिसका उत्प्रेरक तंत्र आश्चर्यजनक रूप से तेज है।

एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ की संरचना (स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स)

यांत्रिक दृष्टिकोण से, इस एंजाइम को एक सेरीन हाइड्रॉलस के रूप में देखा जा सकता है, और इसकी सक्रिय साइट के उत्प्रेरक डोमेन में इसमें सेरीन प्रोटीन्स की अमीनो एसिड की विशेषता है: सेरीन, हिस्टिडाइन और एक अम्लीय अवशेष। हालांकि, अम्लीय अवशेष एक ग्लूटामेट है, जबकि सेरीन प्रोटीन्स में आमतौर पर एक एस्पार्टेट होता है।

एसिटाइलकोलाइन संरचना (स्रोत: अलाइनोब्लूम विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से)

1914 में डेल द्वारा किए गए चोलिनर्जिक तंत्रिका ऊतकों और मांसपेशियों के ऊतकों के साथ एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ की उत्प्रेरक गतिविधि को जोड़ने वाली पहली टिप्पणियों में से एक; बाद में यह निर्धारित किया गया है कि यह गैर-चोलिनर्जिक न्यूरॉन्स और हेमेटोपोएटिक, ओस्टोजेनिक और नियोप्लास्टिक कोशिकाओं में भी मौजूद है।

विभिन्न जीवों के अध्ययन के लिए धन्यवाद, वर्तमान में यह ज्ञात है कि एंजाइम एरिथ्रोसाइट्स, तंत्रिका और मांसपेशियों की कोशिकाओं, विद्युत अंगों और अन्य जैसे विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं की झिल्ली में मौजूद है।

संरचना

तृतीयक और चतुर्धातुक संरचना

प्राकृतिक या "इन विवो" स्थितियों के तहत, एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ एक बहुरूपी एंजाइम है जो 80 या उससे कम 80 केडीए के कई उत्प्रेरक सबयूनिट से बना होता है, जो एक ओलिगोमेरिक संरचना (कई सबयूनिट्स) बनाने के लिए इकट्ठा होता है।

इन सब यूनिटों की मात्रा और जटिलता सेल प्रकार और मानी जाने वाली प्रजातियों पर निर्भर करती है।

अधिक जटिल एंजाइम रूपों में से कुछ में ग्लोब्युलर (जी) या असममित (ए) रूपों के साथ उत्प्रेरक सबयूनिट होते हैं जो कि डिसल्फ़ाइड पुलों द्वारा जुड़े होते हैं। डाइसल्फ़ाइड पुल सहसंयोजक बंधन हैं जो अमीनो एसिड सिस्टीन के दो अवशेषों के थियोल समूहों (-SH) के दो सल्फर अणुओं के बीच बनते हैं।

प्रत्येक G सबयूनिट में एक ही सक्रिय साइट होती है, जबकि A सबयूनिट्स में आमतौर पर तीन संरचनात्मक डोमेन होने की विशेषता होती है, जैसे: उत्प्रेरक सबयूनिट्स, ग्लाइसीन, हाइड्रॉक्सीप्रोलाइन और हाइड्रॉक्सीलस अवशेषों में समृद्ध कोलेजन जैसे पूंछ, और अन्य। गैर-कोलेजनिक glues (कोलेजन से अलग)।

एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ के असममित रूपों को क्रमशः ए 12, ए 8, और ए 4 के रूप में जाना जाता है, जिसमें क्रमशः 12, 8 और 4 उत्प्रेरक सबयूनिट होते हैं।

आम तौर पर, सक्रिय साइट में उत्प्रेरक डोमेन के अवशेष सबयूनिट्स के एक "गहरे" क्षेत्र में पाए जाते हैं, जो इस एंजाइम को उत्प्रेरित करने वाली प्रतिक्रिया की तीव्र दर और इन साइटों के लिए सब्सट्रेट की स्पष्ट दुर्गमता के संबंध में विरोधाभासी के रूप में देखा जा सकता है। ।

एंजाइम की बहुरूपता के बावजूद, गोलाकार और असममित सबयूनिट्स में उत्प्रेरक गतिविधियाँ समान होती हैं।

वेरिएंट

तंत्रिका कोशिकाओं के अलावा कुछ कोशिकाएं, जैसे एरिथ्रोसाइट्स, एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ एंजाइम का उत्पादन करती हैं जो मुख्य रूप से गोलाकार, डिमेरिक और ज्यादातर प्लाज्मा झिल्ली के बाहरी चेहरे से जुड़ी होती हैं।

एरिथ्रोसाइट एंजाइम, हालांकि कम संरचनात्मक जटिलता के रूप में, एक एम्फ़िपैथिक एंजाइम भी है, जिसका सक्रिय उत्प्रेरक डोमेन बड़े हाइड्रोफिलिक क्षेत्र में पाया जाता है, जबकि हाइड्रोफोबिक डोमेन, जिसमें कार्सिनिल टर्मिनल क्षेत्र शामिल है, झिल्ली में इसे बनाए रखने के लिए जिम्मेदार है। ।

प्राथमिक संरचना

एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ के अनुक्रम के बारे में अधिक वर्तमान ज्ञान टॉरपीडो कैलीफोर्निका के एंजाइम के अध्ययन से उत्पन्न हुआ, एक स्टिंगरे मछली जो प्रशांत महासागर में रहती है और जिसे पारंपरिक रूप से तंत्रिका तंत्र के विभिन्न प्रोटीनों के अध्ययन के लिए एक मॉडल जीव के रूप में इस्तेमाल किया गया है।

एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ सबयुनिट्स को प्रो-प्रोटीन के रूप में संश्लेषित किया जाता है जिसे तब परिपक्व सबयूनिट्स को जन्म देने के लिए संसाधित किया जाता है। प्रत्येक सबयूनिट में लगभग 575 अमीनो एसिड और 65 केडीए आणविक भार का एक पॉलीपेप्टाइड होता है, जो 7-8% कार्बोहाइड्रेट अवशेषों (ग्लाइकोसिलेशन) के अतिरिक्त द्वारा बढ़ाया जाता है।

सबयूनिट्स की सक्रिय साइट की उत्प्रेरक गतिविधि स्थिति 200 में एक सेरीन अवशेषों द्वारा निर्धारित की जाती है, जो उत्प्रेरक सबयूनिट्स के "गहन" क्षेत्र में पाई जाती है।

एंजाइम के विभिन्न प्रकार या आइसोफोर्म जीवों में मौजूद होते हैं, जो पूर्व संध्या आरएनए के दोनों सिरों (5 'और 3') के "वैकल्पिक स्प्लिसिंग" के लिए अलग-अलग साइटों के लिए होते हैं। प्रत्येक सबयूनिट के आइसोफॉर्म का कार्बोक्सिल-टर्मिनल अनुक्रम एक दूसरे के साथ कुलीन वर्गों की विधानसभा को निर्धारित करता है।

विशेषताएं

एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ एक एंजाइम है जिसमें कई जैविक कार्य एक दूसरे से संबंधित नहीं हैं। भ्रूणजनन, भ्रूण तंत्रिका विस्तार, मांसपेशियों के विकास और सिनैप्टोजेनेसिस के दौरान इसकी अंतर अभिव्यक्ति से जुड़ा एक तथ्य।

जैसा कि ऊपर हाइलाइट किया गया है, इसमें एसिटाइलकोलाइन की तीव्र हाइड्रोलिसिस में एक महत्वपूर्ण भूमिका है और इसलिए न्यूरोमस्कुलर सिनैप्टिक स्पेस में या केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के कोलीनर्जिक सिनैप्टिक स्थानों में इसके प्रभाव के नियमन में है।

इसके कार्यों का एक उदाहरण कंकाल की मांसपेशी का संकुचन है, जो मोटर एंडप्लेट, मोटर न्यूरॉन और एक मांसपेशी फाइबर के बीच स्थित के रूप में जाना जाने वाला एक प्रकार का रासायनिक सिंटैप्स के लिए धन्यवाद होता है।

इस सिनैप्स में, सैकड़ों एसिटाइलकोलाइन-लोड किए गए पुटिकाएं प्राप्त की जाती हैं, जो एक विद्युत आवेग के प्रसार के लिए मोटर न्यूरॉन से जारी की जाती हैं।

यह न्यूरोट्रांसमिशन प्रक्रिया काफी जटिल है, हालांकि, एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ की भागीदारी सिंटैप्टिक ट्रांसमिशन की समाप्ति के लिए महत्वपूर्ण है जो न्यूरोट्रांसमीटर एसिटाइलकोलाइन पर निर्भर करता है, क्योंकि इसे नीचा होना चाहिए और फिर सिनाप्टिक फ़ांक के बाहर फैलाना चाहिए। झिल्ली उत्तेजना।

इस प्रकार, एंजाइम एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ न्यूरोमाटर सिनाप्स में इस ट्रांसमीटर की एकाग्रता को विनियमित करने के लिए जिम्मेदार है।

एंजाइम के अन्य "गैर-शास्त्रीय" कार्य न्यूरिटोजेनेसिस या तंत्रिका कोशिकाओं के विकास से संबंधित हैं; सेल आसंजन, सिनैप्टोजेनेसिस की प्रक्रियाओं के साथ, मिडब्रेन, हेमेटोपोएटिक प्रक्रियाओं और पॉइटिक थ्रोम्बस के अन्य लोगों में न्यूरॉन्स-डोपामाइन का सक्रियण।

इनहिबिटर्स

एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ इनहिबिटर इसे हाइड्रोलाइटिंग एसिटाइलकोलाइन से रोककर काम करते हैं, जिससे इस न्यूरोट्रांसमीटर की कार्रवाई का स्तर और अवधि बढ़ जाती है। उन्हें उनकी कार्रवाई के तंत्र के अनुसार, प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

अपरिवर्तनीय अवरोधक

वे वे हैं जो अपरिवर्तनीय रूप से एंजाइम के सक्रिय स्थल में सेरीन अवशेषों के लिए अपने सहसंयोजक बंधन से एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ की हाइड्रोलाइटिक गतिविधि को रोकते हैं। यह समूह मुख्य रूप से ऑर्गनोफोस्फेट्स से बना है।

सामान्य तौर पर, ये कई कीटनाशकों में पाए जाने वाले सक्रिय यौगिक हैं और बड़ी संख्या में आकस्मिक विषाक्तता से होने वाली मौतों के लिए जिम्मेदार हैं। वे फॉस्फोरिक, फॉस्फोनिक, फॉस्फिनिक या फॉस्फोराइडिक एसिड से व्युत्पन्न एस्टर या थिओल्स हैं।

Sarin, tabun, soman और cyclosarin मनुष्य द्वारा संश्लेषित सबसे जहरीले यौगिकों में से हैं क्योंकि वे परिधीय तंत्रिका तंत्र में एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ को अवरुद्ध करके श्वसन और संचार विफलता को प्रेरित करके एक इंसान को मार सकते हैं।

ऑर्गनोफॉस्फेट इनहिबिटर की सॉलिसोनिक संरचना «सरीन» (स्रोत: सिविज़ियस विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से)

उदाहरण के लिए, सरीन, एक "तंत्रिका गैस" है जिसका उपयोग आतंकवादी हथियार के लिए रासायनिक हथियार के रूप में किया गया है।

प्रतिवर्ती अवरोधक

वर्गीकरण समूहों का यह आदेश प्रतिस्पर्धी और गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधकों का काम करता है जो सक्रिय साइट में एक सेरीन अवशेषों के क्षणिक और प्रतिवर्ती कार्बामाइलेशन द्वारा काम करते हैं और कई को पौधे या कवक स्रोतों से संश्लेषित और शुद्ध किया गया है।

फिजियोस्टिग्माइन और नियोस्टीग्मिन जैसे कार्बामेट्स प्रतिवर्ती अवरोधक हैं जो क्रमशः ग्लूकोमा और मायस्थेनिया ग्रेविस जैसे रोगों के उपचार के लिए दवाओं के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

इस समूह के अन्य चिकित्सीय एजेंटों का उपयोग अल्जाइमर रोग, पार्किंसंस रोग, पोस्ट-ऑपरेटिव आंतों की रुकावट (पोस्टऑपरेटिव इलियस), मूत्राशय में गड़बड़ी और एंटीकोलिनर्जिक ओवरडोज के रूप में भी किया जाता है।

Butyrylcholinesterase

कुछ एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ निरोधात्मक पदार्थों के खिलाफ एक दिलचस्प प्राकृतिक तंत्र को एक विशिष्ट विशिष्ट एंजाइम की भागीदारी के साथ करना पड़ता है जिसे ब्यूटिरलकोलिनेस्टरेज़ के रूप में जाना जाता है।

यह एंजाइम एसिटाइलकोलाइन को हाइड्रोलाइज़ करने में भी सक्षम है और साथ ही यह एक आणविक क्षय के रूप में कार्य कर सकता है जो एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ पर उनके नकारात्मक प्रभाव को फैलाने से पहले इन विषाक्त पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करता है।

एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ और अल्जाइमर रोग

एसिटिलकोलिनेस्टरेज़ को पैथोलॉजी की सीनील सजीले टुकड़े के घटकों के साथ एक स्थिर परिसर बनाने के लिए दिखाया गया है। इसके अलावा, इस एंजाइम के कुछ परिवर्तित ग्लाइकोसिलेशन पैटर्न मस्तिष्क में अमाइलॉइड सजीले टुकड़े की उपस्थिति और गठन से संबंधित हैं।

इसलिए, प्रतिवर्ती एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ अवरोधकों में से कई, इस बीमारी के उपचार और अन्य संबंधित न्यूरोडीजेनेरेटिव स्थितियों के लिए पहली पीढ़ी की दवाओं के रूप में उपयोग किए गए हैं। इनमें डेडपेज़िल, रिवास्टिग्माइन और गैलेंटामाइन शामिल हैं।

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