L'acétylcholine est synthétisée à partir de l'acétyl-coenzyme A et de la choline par l'enzyme acétyltransférase de choline. Dans le système nerveux, cette enzyme est considérée exister principalement dans le terminal nerf cytoplasme. Coenzyme A est synthétisé dans les mitochondries et accède à la choline acétyltransférase suivant le transport à travers la membrane mitochondriale dans le cytoplasme. En plus de sa synthèse dans le foie, la choline utilisé dans la production d'acétylcholine est dérivée de sources alimentaires. Il existe un système de support dans les cellules endothéliales des capillaires qui est responsable du transport de la choline, dans ses formes libres et de phospholipides, dans le cerveau. Hydrolyse des phospholipides contenant de la choline peut également libérer choline qui est utilisé dans la synthèse de l'acétylcholine. Comme la choline acétyltransférase n'est pas saturé par des concentrations de l'acétyl-coenzyme A et la choline qui sont estimées pour être présents dans la terminaison nerveuse, il apparaît que le taux de synthèse de l'acétylcholine est dépendante de la disponibilité des précurseurs. L'activité enzymatique est également réglementée par inhibition du produit; en se liant à un site allostérique sur la choline acétyltransférase, l'acétylcholine inhibe son activité. En outre, l'action de masse et de l'influence de l'activité neuronale du taux de formation de l'acétylcholine. Régulation à court terme de l'activité enzymatique est obtenue en partie par la phosphorylation induite par les protéines kinases. Il n'y a pas des inhibiteurs très puissants et spécifiques de l'enzyme, et il convient de noter que le blocage pharmacologique de cette étape (par exemple avec naphthylvinylpyridine) dans le cycle de vie de l'acétylcholine produit un effet moins important sur l'émetteur que ne le fait l'inhibition du transport de choline. Une faible affinité pour le transporteur spécifique de l'acétylcholine est responsable de l'absorption de l'émetteur à partir du cytoplasme dans des vésicules. Les gènes pour la choline acétyltransférase et l'acétylcholine transporteur vésiculaire sont organisées dans un seul locus du gène, et la transcription des deux gènes est typiquement régulés co. la (±)-Vesamicol est un inhibiteur sélectif de ce transporteur, avec L-(-) - vesamicol étant plus puissant que le D-(+)-vesamicol . Une fois emballés dans des vésicules, l'acétylcholine est soumis à libération induite par stimulation par exocytose. Plusieurs toxines puissantes impact sur la libération d'acétylcholine, la toxine botulique qui inhibe notamment sa sortie. Acétylcholinestérase neuronale inactive très rapidement la majeure partie de l'acétylcholine libérée dans le cerveau, bien que la butyrylcholinestérase contenues dans les cellules gliales peuvent hydrolyser une petite proportion de l'acétylcholine dans la synapse. Dans la périphérie, l'acétylcholinestérase est présent dans le muscle qui reçoit cholinergique innervation, tandis que butyryl-cholinestérase est plus largement distribué. Un certain nombre de réversibles (par exemple, la physostigmine) et irréversible (par exemple iso-OMPA) les inhibiteurs de l'acétylcholinestérase sont connus, et ces médicaments ont pour effet de prolonger les effets synaptiques de l'acétylcholine. Deuxième génération anticholinestérasiques réversibles tels que le donépézil , la rivastigmine (ENA 713), eptastigmine, et la galantamine (galanthamine) sont utilisés comme traitements pour la maladie d'Alzheimer. Certains cholinestérases de deuxième génération ont été retirés de l'utilisation clinique en raison des effets secondaires inacceptables (par exemple, la tacrine, le métrifonate ). Les inhibiteurs irréversibles de l'acétylcholinestérase sont utilisés comme insecticides et des agents de guerre chimique. Choline, qui est libéré de l'acétylcholine par l'acétylcholinestérase, est prise remonter dans terminaisons cholinergiques par un transporteur de haute affinité, et réutilisé dans la synthèse de l'émetteur. Hémicholinium-3 inhibe puissamment et de manière réversible le transport de la choline, et il en résulte une diminution de profondeur dans la formation de l'acétylcholine. Contrairement hémicholinium-3, A-4 (bis 4-méthylpipéridine analogique de HC-3), est actif après administration périphérique. Analogues azote de moutarde de choline sont des inhibiteurs irréversibles puissants de haute affinité choline.
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