Inhibitory acetylocholinesterazy 

 

Do  SOR  (Szpitalny  Oddział  Ratunkowy)  Kliniki  Toksykologicznej  przywieziono  w 

godzinach wieczornych 50-letniego Jana K. Główne dolegliwości zgłaszane przez chorego to: 

zaburzenia widzenia, niepokój, kaszel oraz uczucie duszności. Lekarz, badaniem fizykalnym, 

stwierdził  u  chorego  znaczne  łzawienie  gałek  ocznych,  zwężenie  źrenic,  znaczną  potliwość 

skóry oraz osłabienie i drżenie mięśni. Nie stwierdzono u niego zaburzeń świadomości, oraz 

mowy.  

 W wywiadzie uzyskano dodatkowe informacje od chorego:  

Jan  K.  był  rolnikiem,  i  w  godzinach  rannych  tego  dnia  wykonywał  w  ogrodzie,  opylanie 

roślin roztworem pestycydu. Nie przestrzegał jednakże czasu ekspozycji na insektycyd, oraz 

nie  używał  maski.  Dolegliwości,  które  zgłaszał  pojawiły  się  kilka  godzin  później.  Pobrano 

krew oraz mocz do analiz.  

Z  powodu  trudności  oddechowych,  chorego  przyjęto  do  OIT  (Oddział  Intensywnej  terapii). 

Rozpoczęto monitorowanie czynności serca i oddychania oraz wdrożono leczenie atropiną.    

 

Z  opisu  środka  owadobójczego,  który  używał  Jan  K.  wynikało,  że  w  jego  skład 

wchodził  malathion  (Rys.  1),  związek  fosforoorganiczny,  którego  mechanizm  działania  w 

centrach  katalitycznych  pewnej  grupy  enzymów  jest  podobny  do  mechanizmu  działania 

diizopropylofluorofosforanu (DFP) (Rys. 2), znanego inhibitora proteaz serynowych. 

                                                                               
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Wyniki badań biochemicznych krwi Jana K. nie odbiegały od wartości prawidłowych. 

Jedynie aktywność acetylocholinesterazy w krwinkach czerwonych była o 30 % niższa, niż u 

ludzi  zdrowych.  Aktywność  acetylocholinesterazy  krwinek  Jana  K.  porównywano  z 

aktywnością handlowego preparatu acetylocholinesterazy, którego parametry K

m

 (0,14 µM) i 

V

max

  (10  µmol  min

-1

µg

-1

),  wobec  acetylocholiny  jako  substratu,  wyznaczyli  pracujący  w 

 

2 

laboratorium  studenci.  Studentom  polecono  ponadto  określić  wartości  tych  parametrów  w 

sytuacji, 

gdy 

w 

mieszaninach 

reakcyjnych, 

poza 

substratem, 

znajduje 

się 

diizopropylofluorofosforan (DFP) w stężeniu 10 µM. 

 

Acetylocholina jest neurotransmiterem, który przenosi sygnał z komórek nerwowych 

do  np.  komórek  mięśniowych.  Po  odebraniu  sygnału  przez  odpowiedni  receptor, 

neurotransmiter  powinien  ulec  zniszczeniu,  co  w  przypadku  acetylocholiny,  polega  na 

hydrolizie  cząsteczki  sygnalnej.  Reakcję  hydrolizy  acetylocholiny  katalizuje  enzym, 

acetylocholinesteraza: 

acetylocholina + H

2

O → octan + cholina  

Enzym  związany  jest  z  błonami  komórek  tkanek,  które  ulegają  pobudzeniu  (np. 

synapsy  pomiędzy  komórkami  nerwowymi  a  mięśniowymi)  i  jego  aktywność  jest  ściśle 

związana z przekazywaniem impulsu nerwowego. Acetylocholinesteraza znajduje się również 

w  krwinkach  czerwonych.  Odmienna  forma  cholinesterazy,  która  hydrolizuje  znacznie 

szybciej, butyrylocholinę niż acetylocholinę, występuje w osoczu krwi. 

Centrum  katalityczne  acetylocholinesterazy  ukryte  jest  w  głębokiej  kieszeni  w 

cząsteczce białka, a zasadniczą rolę w reakcji hydrolizy acetylocholiny pełnią, znajdujące się 

w  centrum  katalitycznym  łańcuchy  boczne  trzech  aminokwasów:  seryny,  histydyny  i 

glutaminianu – podobnie jak „triada katalityczna” trypsyny lub chymotrypsyny.  

Acetylocholinesteraza  jest  obiektem  ataków  trucizn  jadu  węży  i  zsyntetyzowanych 

przez  człowieka  toksycznych  związków  fosfoorganicznych,  które  były  używane  jako  gazy 

bojowe  (tabun,  sarin,  soman)  (Rys.  3).  Związki  z  tej  grupy,  są  także  stosowane  jako  środki 

owadobójcze.  

 

Postępowanie  terapeutyczne  w  zatruciach  związkami  fosforoorganicznymi  jest 

uwarunkowane od stopnia ekspozycji na związek oraz objawów klinicznych.  

Ostry  zespół  cholinergiczny,  to  zespół  objawów  spowodowanych  nadmiarem 

acetylocholiny  (zatrucie  pestycydami,  lub  gazami  bojowymi)  lub  egzogennych  substancji 

pobudzających  układ  współczulny  (przedawkowanie  leków  cholinergicznych,  np. 

pilokarpiny).  Leczenie  powinno  być  prowadzone  w  OIT  (monitorowanie  czynności  serca  i 

oddychania)  oraz  podawanie  atropiny  (naturalny  alkaloid  tropinowy),  która  blokuje 

pozazwojowe  receptory  cholinergiczne  (znosi  działanie  acetylocholiny).  Reaktywatory 

acetylocholinesterazy  (oksymy;  np.  obidoksym)  są  stosowane,  jeżeli  zespół  cholinergiczny 

jest  wywołany  związkami  fosforoorganicznymi,  pestycydami  lub  gazami  bojowymi. 

 

3 

Mechanizm  działania tej grupy leków  polega na reakcji  ze  zmodyfikowanym  przez  truciznę 

centrum  katalitycznym  acetylocholinesterazy,  odtwarzają  funkcjonalny  łańcuch  boczny 

odpowiedniego aminokwasu. 

Związki fosfoorganiczne, inhibitory acetylocholinesterazy, stosowane są również jako 

leki ( np. łagodzące objawy miastenii lub choroby Alzheimera). Mają one wzmocnić sygnał 

acetylocholiny.  Mechanizm  ich  działania  jest  podobny  do  reakcji,  w  obrębie  „triad 

katalitycznych”,  innych związków z tej grupy połączeń. 

Odmiennie  działają,  stosowane  jako  leki,  inhibitory  acetylocholinesterazy,  pochodne 

N-benzylopiperydyny  (E2020,  Aricept).  Te  związki  blokują  bardzo  specyficznie  i  w 

odwracalny  sposób  centrum  katalityczne  enzymu,  tworząc  kompleksy  stabilizowane 

oddziaływaniami  niekowalencyjnymi  pomiędzy  białkiem  a  cząsteczką  inhibitora.  Struktury 

związków  tej  grupy  zostały  zaprojektowane  i  są  modyfikowane  zgodnie  ze  znajomością 

trójwymiarowej struktury centrum katalitycznego enzymu (Rys. 4).   

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 3. Acetylocholinesteraza zatruta sarinem.            Rys. 4. Kompleks acetylocholinesterazy                         

Grupa metylofosfonowa MeP przyłączona                   z E2020 (Aricept). PDB 1EVE.                              
do łańcucha bocznego seryny. PDB 1cfj.                              
    

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

4 

PYTANIA. 
 

1.

  Do jakiej klasy enzymów należy acetylocholinesteraza? 

2.

  Acetylocholinesteraza jest enzymem o bardzo wysokiej „liczbie obrotów”. Wyjaśnij to 

pojęcie. 

3.

  Wyjaśnij pojęcie „neurotransmiter”. 

4.

  Dlaczego cząsteczka sygnałowa powinna, po przekazaniu sygnału, zostać usunięta? 

Czy może mieć to związek z „liczbą obrotów” cholinesterazy? 

5.

  Porównaj działanie „triady katalitycznej” proteaz serynowych z działaniem „triady 

katalitycznej” acetylocholinesterazy. 

6.

  Dlaczego związki fosfoorganiczne są toksyczne? 

7.

  Czy obecność DFP w doświadczeniu studenckim wpłynie na mierzone wartości K

m

 i 

V

max 

 acetylocholinesterazy? 

8.

  Czy obecność atropiny w mieszaninie reakcyjnej doświadczenia studentów może 

wpłynąć na mierzone wartości K

m

 i V

max 

 acetylocholinesterazy? 

9.

  Wskaż zalety i wady dwu typów inhibitorów acetylocholinesterazy stosowanych jako 

leki: 1) związków fosfoorganicznych i 2) związków typu E2020. 

10.

  Pod adresem Protein Data Bank (

http://www.rcsb.org/pdb

) znajdź stronę Molecule of 

Month Acetylcholinesterase

 oraz struktury przedstawione na Rys. 3 i 4.