Simulación computacional de la actividad de la enzima acetilcolinesterasa.

BOROSKY, GABRIELA L.

Rosario

Congreso; XIV Simposio Nacional de Química Orgánica; 2003

La enzima acetilcolinesterasa (AChE) cataliza muy eficientemente la reacción de hidrólisis del neurotransmisor acetilcolina. Por medio de esta hidrólisis se libera colina y ácido acético (ecuación 1).1 La acetilcolina provoca la contracción muscular, mientras que los productos de su hidrólisis no continúan activando al músculo, el cual, en consecuencia, se relaja. Los venenos llamados gases nerviosos son fosfatos orgánicos que poseen un grupo saliente relativamente bueno (por ejemplo, F, CN, SR). Este tipo de compuesto inhibe a la AChE al formar con ésta un complejo covalente muy estable y difícil de hidrolizar. Además, los inhibidores que poseen un grupo alquilo ramificado sufren una reacción de dealquilación a través de un mecanismo que involucra la formación de un ión carbonio. Este proceso, llamado de envejecimiento del complejo covalente enzima-fosfato, produce la inhibición irreversible de la enzima porque deja bloqueado al sitio activo.2 Mediante el método semimpiríco AM1 se calcularon las reacciones correspondientes al mecanismo de acción en el entorno del sitio activo de la AChE, modelando el mismo a partir de su estructura determinada por estudios de difracción de rayos X. Se compararon la reactividades calculadas del Sarin y de la acetilcolina para determinar los factores que provocan la preferencia de la enzima por los inhibidores frente al sustrato natural. En esta etapa del estudio se dejaron fijas las distancias y ángulos de enlace de los átomos que componen el sitio activo, optimizándose los ángulos diedros, y se optimizaron todas las coordenadas de cada sustrato. Estos cálculos se compararon con los resultados AM1 para las respectivas reacciones de ambos sustratos frente a un anión metóxido en el vacío. También se calcularon las reacciones del mecanismo anterior en medio acuoso, empleando dos modelos que tratan al solvente como un continuo con una determinada constante dieléctrica (SM2.1 y COSMO). El nucleófilo utilizado en fase acuosa también fue el anión metóxido. De acuerdo a estos cálculos, la preferencia de la enzima por el inhibidor organofosforado se origina en la mayor exotermicidad de la etapa de formación del intermediario covalente, es decir, en el ataque nucleofílico más favorable sobre el fósforo, y en la salida más fácil del grupo saliente fluoruro frente al RO- de la acetilcolina. Se observó que el medio electrostático generado por el entorno del sitio activo de la AChE favorece principalmente la etapa de formación del complejo de Michaelis, así como la formación del complejo covalente enzima-sustrato, tanto para el sustrato natural acetilcolina como para el inhibidor fosforado.