Acetylocholina

• Acetylocholina jest to mediator neurochemiczny syntetyzowany w neuronach cholinergicznych

• Chemicznie jest estrem kwasu octowego i choliny

• Acetylocholina jest wykorzystywana m.in. przez te obszary mózgu, które uczestniczą w procesach długoterminowego planowania, skupiania się, uwagi. Kieruje przepływem  mnóstwa impulsów przychodzących zarówno do mózgu, jaki i z mózgu, pracą motoryczną, nauką i pamięcią, dostarczaniem impulsów w czasie snu, seksu i innymi czynnościami. Okazało się, że podniesienie poziomu acetylocholiny poprawia wydajność człowieka przy różnych testach inteligencji i pamięciowych. Acetylocholina jest również wyjątkowo ważna w utrzymaniu struktury komórek mózgowych. 

Biosynteza acetylocholiny

• produkowana w synapsach oraz zakończeniach nerwów układu parasympatycznego i neuronów ruchowych tworzących płytki nerwowo- mięśniowe

• Substratami do syntezy Ach w neuronach cholinergicznych są cholina i acetylokoenzym A

• Cholina syntetyzowana jest z fosfatydyloseryny w wątrobie, przenika do cytoplazmy neuronu cholinergicznego w wyniku transportu czynnego, w postaci asocjowanej z jonami Na+

• Synteza acetylo-CoA zachodzi w mitochondriach neuronów, trudno przechodzi on przez błonę mitochondrialną, w mitochondriach ulega przemianie do cytrynianów, octanów, acetylokarnityny, które po przetransportowaniu do cytoplazmy są ponownie metabolitowane do acetylo-CoA

cholina + acetylo CoA acetylocholina + CoA

• W cytozolu z acetylo-CoA i choliny , przy udziale acetylotransferazy choliny, zachodzi synteza acetylocholiny

• Acetylocholina jest gromadzona i przechowywana w pęcherzykach synaptycznych w postaci kompleksu z ATP i białkiem o charakterze kwasowym- wesikuliną

Synapsa cholinergiczna

• W wyniku depolaryzacji zakończeń nerwowych następuje wydzielanie acetylocholiny do szczeliny synaptycznej w wyniku egzocytozy, dochodzi do fuzji pęcherzyka z błoną presynaptyczną

• W stanie spoczynkowym pojedyncze kwanty (ok.10000 cząst. neurotransmitera) są uwalniane do spontanicznie Kiedy zakończenie nerwowe zostaje zdepolaryzowane w wyniku dotarcia impulsu nerwowego, otwierają się zależne od napięcia kanały wapniowe, co pozwala na napływ Ca 2+ z przestrzeni synaptycznej do zakończenia nerwowego, jony te mają zasadniczą rolę w procesie egzocytozy

• Uwolniona ACh dyfunduje przez szczelinę synaptyczną do receptorów, kiedy 2 cząst. połączą się z receptorem, ten ulega zmianie konformacyjnej, otwierając kanał receptorowy pozwalający na przepływ Na+ , co prowadzi do powstania potencjału czynnościowego

• Gdy kanał się zamyka, ACh oddysocjowuje i zostaje zhydrolizowana przez esterazę acetylocholinową

• Cholina jest odzyskiwana przez zakończenia nerwowe drogą aktywnego transportu

• Interakcje ACh z receptorami są odwracalne

• Liczba utworzonych kompleksów przekaźnik – receptor jest bezpośrednią funkcją ilości przekaźnika w biofazie

Podzial receptorów

Muskarynowe M Nikotynowe N

• Rozróżnia się dwa typy receptorów cholinergicznych: muskrynowe i nikotynowe. Nazwa ich jest związana z wybiórczym pobudzaniem odpowiednio przez muskarynę i nikotynę. Acetylocholina pobudza oba typy receptorów, dzięki możliwości przybierania różnych form konformacyjnych

Receptory muskarynowe

• Znane są różne podtypy receptorów muskarynowych, różniące się sekwencją aminokwasów, białkiem sprzęgającym, układem enzymatycznym i lokalizacją

• Wyróżnia się 6 podtypów:M1, M2, M3, M4, M5 i M6;

receptory M1 występują w przodomózgowiu i zwojach nerwowych

Receptory M2 w sercu i pniu mózgu

Receptory M3 w gruczołach, mięśniach gładkich i oun

Receptory M4 w prążkowiu

Wszystkie podtypy należą do rodziny receptorów błonowych, sprzężonych z białkiem G

• Stymulacja receptorów muskarynowych prowadzi do co najmniej 3 zdefiniowanych G- proteinozależnych odpowiedzi komórkowych:hamowania adenylocyklazy(M2, M4), aktywacji fosfolipazy C(M1,M3,M5) i otwarcia odpowiedniego kanału potasowego

• Zróżnicowanie receptorów muskarynowych odgrywa zasadniczą rolę w poszukiwaniu nowych leków, wpływających selektywnie na ośrodkowe lub obwodowe funkcje muskarynowe

• Ośrodkowe receptory muskarynowe uczestniczą w licznych funkcjach mózgowych takich jak pamięć, uczenie oraz w kontroli układu pozapiramidowego i przedsionkowego, odgrywają również kluczową rolę w przetwarzaniu bodźców bólu

Receptory nikotynowe

• Cholinergiczny receptor nikotynowy jest białkiem o m.cz. 290 kD, o strukturze pentameru; składa się z pięciu podjednostek:1, 2, , ,

• Receptory N są kanałami, które po przyłączeniu się dwóch cząsteczek acetylocholiny otwierają się i powodują napływ jonów sodowych i wyciek jonów potasowych z pobudzanego neuronu postsynaptycznego, co może zainicjować falę depolaryzacji i sygnał elektryczny w tym neuronie

• Czas otwarcia kanału pod wpływem Ach wynosi 2,4 ms

• Receptory nikotynowe zlokalizowane są w zwojach układu autonomicznego i płytce ruchowej

• Pobudzenie receptorów nikotynowych wywołuje skurcz mięśni prążkowanych

Antagoniści i agoniści receptorów nikotynowych

• Agonista kanału KARBACHOLINA otwiera kanał na 0,9 ms;

• czas otwarcia kanału zależy od rodzaju agonisty a nie zależy od jego stężenia; stężenie agonisty wpływa natomiast na czas zamknięcia kanału

• W obecności dużego stężenia agonisty ponowna asocjacja agonisty z receptorem zachodzi szybciej, skraca się czas zamknięcia kanału, natomiast nie zmienia czas jego otwarcia

• Antagonistami receptora nikotynowego N1 w zwojach są leki GANGLIOPLEGICZNE, a w płytce ruchowej N2- TUBOKURARYNA

Agoniści i antagoniści receptorów muskarynowyc

• Agoniści i antagoniści tych receptorów mogą mieć zastosowanie w róznych schorzeniach.

• Agoniści receptorów M1 mogą mieć zastosowanie w terapii choroby Alzheimera we wczesnym stadium choroby.Podobne zastosowanie mogą mieć antagoniści ośrodkowych presynaptycznych receptorów M2

• Antagoniści ośrodkowych receptorów M1 maja znaczenie w terapii choroby Parkinsona

• Antagoniści zwojowych receptorów M1 w ścianie żołądka maja zastosowanie w leczeniu choroby wrzodowej żołądka i dwunastnicy

• Stymulacja M2-receptorów w mięśniu sercowym powoduje spadek częstości pracy serca(leczenie arytmii,choroby wieńcowej)

• Agoniści M3-receptorów zwiększają napięcie mięśni gładkich i dlatego są stosowane w atonii jelit i pęcherza moczowego

• Selektywni antagoniści M2 receptorów w mięśniu sercowym mogą mieć zastosowanie w leczeniu arytmii rzadkoskurczowych

• Antagoniści receptorów M4 mogą mieć zastosowanie w terapii choroby Parkinsona i choroby Huntingtona, natomiast agoniści tych receptorów mogą mieć znaczenie jako analgetyki

• Do pobudzenia muskarynowego niezbędny są co najmniej 2 grupy metylowe przy IV-rzędowym at. N oraz łańcuch złożony z 5 at.

• Zastąpienie grup metylowych przy atomie azotu atomami H lub większymi podstawnikami zmniejsza siłę działania

• Dla zachowania działania nie jest niezbędne ugrupowanie estrowe

• Na zmianę działania Ach wpływa podstawienie 2 at. H w grupie metylowej dużymi ugrupowaniami, zwłaszcza aromatycznymi lub cykloalkilowymi, powoduje to zmianę działania cholinergicznego na cholinolityczne

Agoniści receptorów muskarynowych

Działanie agonistów receptorów muskarynowych

• Działąnie agonistów tych receptorów jest analogiczne do działania Ach na receptory muskarynowe

• Ujemne działanie chronotropowe i dromotropowe na mięsień sercowy

• Niewielkie rozszerzenie naczyń krwionośnych i nieznaczny spadek ciśnienia krwi

• Skurcz mięśni gładkich oskrzeli, przewodu pokarmowego i pęcherza moczowego

• Zwiększenie wydzielania wszystkich gruczołów

• Skurcz źrenic i mięśni rzęskowych oka

• Leki cholinergiczne stosowane są w : atonii jelit i pęcherza moczowego, w okulistyce- zwłaszcza w jaskrze

Antagoniści receptorów muskarynowych

• Leki cholinolityczne blokują kompetycyjnie muskarynowe receptory cholinergiczne, powoduje to wyłączenie układu przywspółczulnego i przewagę układu współczulnego, a w efekcie rozkurcz mięsni gładkich, przewodu pokarmowego, dróg moczowych i żółciowych, zahamowanie gruczołów wydzielania zewnętrznego i rozszerzenie źrenic

Zastosowanie leków cholinolitycznych

• Kolki, biegunki, wymioty

• Astma oskrzelowa

• Wrzody przewodu pokarmowego

• Okulistyka

• Choroba Parkinsona

Antagoniści receptorów muskarynowych to: estry tropiny lub skopiny i kwasu tropowego

Inhibitory acetylocholinoesterazy(AChE)

• AChE jest zlokalizowana na zewnętrznej powierzchni ściany neuronu i kom. efektora

• Enzym AChE składa się z 2 podjednostek alfa i 2 podjednostek beta

• AChE katalizuje reakcję hydrolizy Ach do choliny i kwasu octowego, czyni to za pośrednictwem centrów aktywnych, których w cząst. Enzymu znajduje się 48, każde z nich posiada2 ugrupowania: zaczep anionowy(tryptofan) i zaczep estrowy(katalityczna triada:kw. glutaminowy, histydyna i seryna)

• Hydroliza 1 cząt. ACh pod wpływem enzymu przebiega w 40 mikrosekund

• Katalizowaną reakcję hydrolizy ACh rozpoczyna polaryzacja ugrupowania karbonylowego dzięki obecności nukleofilowego imidazolu, należącego do histydyny

• Spolaryzowanie tej grupy ułatwia przyłączenie at. C do gr. –OH seryny i jej acetylację, równocześnie ma miejsce odłączenie choliny, a następnie reakcja hydrolizy acetyloseryny

• Inhibitory AChE mają za zadanie pośrednio opóźniać hydrolizę ACh, mechanizm działania stosowanych w lecznictwie inhibitorów jest podobny do działania AChE, ale reakcja przebiega znacznie wolnej

• Inhibitory AChE dzielimy na odwracalne i „nieodwracalne”

• Pod względem budowy chem. Inhibitory AChE dzielimy na: karbaminiany(odwracalne)

• IV rzędowe i bisIV-rzędowe związki amoniowe(odwracalne)

Związki fosforoorganiczne (nieodwracalne)

• Jednym z objawów zatrucia „nieodwracalnymi” inhibitorami AChE jest paraliżdróg oddechowych, w celu zapobiegania skutkom ewentualnych zatruć, wprowadzono do lecznictwa środki zdolne do reaktywowania AChE, takie jak:paralidoksym i obidoksym

• Reaktywatory AChE to oksymy aldehydów IV-rzędowych soli pirydyniowych