La estructura y función de las colinesterasas: blanco de los plaguicidas

Rev. Int. Contam. Ambie. 34 (Especial sobre Contaminación y Toxicología por Plaguicidas II) 69-80, 2018

DOI: 10.20937/RICA.2018.34.esp02.06

LA ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS COLINESTERASAS: BLANCO DE LOS PLAGUICIDAS

Rosa María LÓPEZ-DURÁN1,3, Rafael VALENCIA-QUINTANA2,3, Juana SÁNCHEZ-ALARCÓN2,3, Benjamín PÉREZ-AGUILAR1,Noe SALINAS-ARREORTUA1, Héctor SERRANO1,

María Dolores GARCÍA-SUÁREZ4, Hipólito MUÑOZ-NAVA2, Ángel HERNÁNDEZ-HERNÁNDEZ2, Cecilio VIDAL-MORENO5 y José Luis GÓMEZ-OLIVARES1,3*

1 Departamento de Ciencias de la Salud, División de Ciencias Biológicas y de la Salud, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, México

2 Facultad de Agrobiología, Universidad Autónoma de Tlaxcala, México

3 Red Temática “La Toxicidad de los Plaguicidas”, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología-Universidad Autónoma de Nayarit, México

4 Departamento de Biología, División de Ciencias Biológicas y de la Salud, Universidad Autónoma Metropo- litana-Iztapalapa, México

5 Departamento de Bioquímica y Biología Molecular A, Campus Espinardo, Universidad de Murcia, España

*Autor para correspondencia: gool@xanum.uam.mx

(Recibido marzo 2017; aceptado junio 2018)

Palabras clave: acetilcolinesterasa, butirilcolinesterasa, paraoxonasa, plaguicidas

RESUMEN

En esta revisión sobre las colinesterasas se abarcan temas tales como las características de los genes y los transcritos generados durante el proceso de corte-empalme alternativo que deriva en una amplia heterogeneidad estructural proteica —polimorfismo mole- cular—; se hace una descripción detallada de la estructura proteínica implicada en el mecanismo de actividad enzimática; se mencionan evidencias que sustentan algunas funciones enzimáticas alternativas, y se examinan tanto el mecanismo de inhibición ge- neral por los plaguicidas organofosforados y carbamatos como sus efectos fisiológicos.

Key words: acetylcholinesterase, butyrylcholinesterase, paraoxonase, pesticides

ABSTRACT

In this review on cholinesterases we cover topics such as the characteristics of genes and the transcripts generated during an alternative splicing process that results in a broad structural heterogeneity protein (molecular polymorphism); we offer a detailed description of the structure protein involved in the mechanism of enzymatic activ- ity; we provide evidence supporting some alternative functions, and we analyze the mechanisms of inhibition by organophosphorus pesticides and carbamates, as well as their physiological effects.

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INTRODUCCIÓN

El plasma humano contiene más de 10 000 proteí- nas, las cuales se han identificado por espectrometría de masas (Lockridge 2015). Las esterasas en el plas- ma humano son butirilcolinesterasa, paraoxonasa 1 y, en menor cantidad, acetilcolinesterasa. Las esterasas se han clasificado como tipo A, aquellas que contie- nen un residuo de cisteína en el centro activo, y las de tipo B, que contienen un residuo de serina (Dvir et al. 2010).

En las esterasas tipo A, los organofosforados in- teraccionan con el grupo funcional -SH y forman un enlace P-S que es fácilmente hidrolizado, mientras que en las esterasas tipo B, la interacción es con el

-OH del residuo de serina, formando un enlace P-O que no es hidrolizado (Dvir et al. 2010).

PROPIEDADES GENERALES DE LAS COLINESTERASAS

Las colinesterasas (ChEs) poseen una capacidad extraordinaria para hidrolizar ésteres de colina con mayor rapidez que a otros ésteres, cuando se com- paran las velocidades de hidrólisis en condiciones óptimas de concentración de substrato, pH y fuerza iónica, usando preparaciones desprovistas de otras esterasas. Además, se diferencian claramente de otras esterasas por la inhibición que sufren con pequeñas cantidades (10–5 M) del alcaloide natural fisostigmina (eserina) (Triggle et al. 1998).

Los vertebrados presentan dos tipos de co- linesterasas: acetilcolinesterasa o colinesterasa verdadera (AChE) y butirilcolinesterasa (BChE o BuChE), también llamada pseudocolinesterasa, colinesterasa plasmática o sérica (Massoulié y Toutant 1988).

La primera clasificación de las ChEs procede de los resultados obtenidos tras los análisis de enzimas de sangre completa y suero, con el propó- sito de determinar el sustrato preferente para cada una de ellas (Gahler y Plattner 1927). Stedman et al. (1932) obtuvieron de suero de caballo una preparación enzimática con alta especificidad para hidrolizar ésteres de colina, aunque con mayor capacidad para hidrolizar butirilcolina que ace- tilcolina. Estos resultados fueron corroborados por Glick (1941), quien observó que en el suero humano la actividad colinesterásica aumentaba conforme crecía la longitud de la cadena acilo del sustrato hasta cuatro carbonos, y disminuía con longitudes superiores.

Actividad de acetilcolinesterasa

Desde 1914, año en que fue descubierta su activi- dad, la AChE enzima ha estado en el interés de gran número de laboratorios en el mundo. La investigación sobre esta enzima se ha enfocado a conocer las diver- sas funciones biológicas catalíticas y no catalíticas en las que puede estar implicada, que incluyen la función clásica de la eliminación de la acetilcolina en las uniones nerviosa y neuromuscular. La AChE posee una amplia distribución y localización tisular (Dale 1914), y actualmente se ha establecido que todos los tejidos del cuerpo humano poseen la capacidad de sintetizarla (Layer y Willbold, 1995).

A partir de la síntesis de los compuestos antico- linesterásicos en el siglo XIX se ha observado que existe una relación entre la actividad colinesterásica y la farmacología. En sus estudios sobre los compo- nentes del sistema colinérgico, Sir Henry Dale sugirió que la fisostigmina inhibía una enzima que catalizaba la hidrólisis de ésteres de colina (Dale 1914).

La AChE es una serina-hidrolasa que escinde ésteres de colina, siendo su principal substrato el neurotransmisor acetilcolina (ACh). Posee una alta actividad catalítica, y cada molécula es capaz de degradar cerca de 25 000 moléculas de ACh por segundo. Se le considera una enzima casi perfecta cuyo límite de trabajo depende de la difusión del sustrato (Quinn 1987, Taylor y Radic 1994). Diver- sos estudios de cinética enzimática señalan que en el sitio activo de la AChE existen regiones estructurales muy bien definidas. Se considera que dicho sitio está compuesto por dos subsitios: a) esterásico y b) anió- nico (Nachmansohn y Wilson 1951, Sussman et al. 1991, 1993). Ambos son esenciales en el mecanismo catalítico desarrollado por la enzima. El subsitio esterásico contiene la triada catalítica compuesta por los residuos de Ser200, His400 y Glu327. Es en este último donde se hidroliza la ACh, generándose acetato y colina (Sussman et al. 1991).

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