37.8. Ингибиторы ацетилхолинэстеразы используются как лекарственные средства и как яды
Терапевтические и токсические свойства ингибиторов ацетилхолинэстеразы нашли широкое практическое применение. Алкалоид из калабарских бобов физостигмин (называемый также эзерин) когда-то использовался при испытании ядом в судилище над колдунами и ведьмами. Физостигмин и родственные ему ингибиторы, например неостигмин, являются карбамоильными эфирами (рис. 37.13).
Они ингибируют ацетилхолинэстеразу путем образования ковалентного промежуточного соединения, которое очень медленно гидролизуется. Неостигмин связывается с ацетилхолинэстеразой таким образом, что его положительно заряженная триметиламмониевая группа встает в анионном участке фермента, а карбамоильная группа оказывается рядом с реакционноспособным остатком серина в участке этерификации. Далее происходит карбамоилирование фермента и высвобождается образующийся спирт. Последующий
Рис. 37.11. Электронная микрофотография ацетилхолиновых рецепторов в постсинаптической мембране. (Печатается с любезного разрешения д-ра John Heuser и д-ра Steven Salpeter.)
гидролиз карбамоильного производного фермента в отличие от гидролиза ацетил—фермента происходит с очень низкой скоростью. В итоге активный центр ацетилхолинэстеразы оказывается прочно заблокированным. Неостигмин используется для лечения глаукомы - болезни глаз, характеризующейся повышенным внутриглазным давлением. Механизм терапевтического эффекта состоит в том, что неостигмин ингибирует ацетилхолинэстеразу и тем самым усиливает действие ацетилхолина.
Еще более мощные ингибиторы ацетил-холинэстеразы - органические фторфосфаты, в частности диизопропилфторфосфат (ДИФФ). Эти соединения реагируют с ацетилхолинэстеразой, образуя высокостабильные ковалентные фосфорил-ферментные комплексы (рис. 37.14). Как и при взаимодействии с сериновыми протеиназами, фосфорильная группа ДИФФ связывается с серином в активном центре фермента.
Множество различных органических фторфосфатов было синтезировано для использования в качестве инсектицидов в сельском хозяйстве, а также в качестве отравляющих веществ - нервно-паралитических ядов в химической войне (рис. 37.15). Эти соединения могут вызвать смерть путем остановки дыхания. Наиболее токсичны из них - табун и зарин. Паратион - инсектицид, нашедший широкое применение в сельском хозяйстве.
Путем использования радиоактивного ДИФФ в качестве метки было определено число молекул ацетилхолинэстеразы в концевой пластинке нерва в диафрагмальной мышце мыши. Плотность фермента составила 
что почти равно числу рецепторов ацетилхолина, определенному с помощью радиоактивных нейротоксинов. Таким образом, постсинаптическая мембрана очень богата и ацетилхолинэстеразой, и ацетилхолиновыми рецепторами. При передаче нервных импульсов, поступающих с малой частотой, используется только небольшая доля общего числа молекул фермента. Однако проведение при высокой частоте импульсации требует участие множества молекул ацетилхолинэстеразы.
Рис. 37.12. Механизм каталитического действия ацетилхолинэстеразы.
Рис. 37.13. Физостигмин и неостигмин ингибируют ацетилхолинэстеразу путем карбамоилирования серина в активном центре фермента.
Рис. 37.14. Ингибированная диизопропилфторфосфатом ацетилхолинэстераза.
Рис. 37.15. Структурные формулы нескольких органических фосфатов - ингибиторов ацетилхолинэстеразы.
