Acetilcolina

ACETILCOLINA

L’acetilcolina è un neurotrasmettitore comparso presto nel corso dell’evoluzione. Negli invertebrati diploblastici: i

Celenterati in cui il SN si è organizzato in maniera più complessa e cioè dalla periferia si è posto più internamente in

posizione più protetta e organizzata in aggregati di cellule nervose che sono i gangli nervosi ecco che si hanno le prime

prove della trasmissione nervosa dove acetilcolina è uno dei neurotrasmettitori. Acetilcolina è diffusa anche nel mondo

vegetale e nel mondo animale è presente oltre che nei mammiferi negli anfibi, uccelli, pesci crostacei, molluschi insetti

dove il suo ruolo comprovato è quello di neurotrasmettitore. L’acetilcolina è un estere : il prodotto della colina più

acido acetico con produzione di una molecola d’acqua.

L’acetilcolina è rilasciata a livello delle:

•giunzioni neuromuscolari

•fibre pregangliari di tutti i gangli del SNV (simpatico e parasimpatico)

•fibre parasimpatiche postgangliari

Come mediatore alle suddette sinapsi, l’acetilcolina controlla gli impulsi che i centri inviano agli organi periferici.

Fattori che regolano la sintesi di acetilcolina:

1)disponibilità di acetilCoA che deriva:

-dal glucosio attraverso la via glicolitica e cioè gli enzimi che ossidano il piruvato

-dal citrato ad opera della ATP citrato lisasi

-dall’acetato ad opera della CoA acetilsintetasi

2) disponibilità di colina

3) NGF

Sintesi, liberazione e metabolismo dell’acetilcolina

A livello della membrana plasmatica troviamo il trasportatore della colina. Di esso ne esistono 2 isoforme:

ad alta affinità(presente esclusivamente nei neuroni colinergici)

• a bassa affinità

•

Il suo compito è quello di scambiare il sodio con la colina (una piccole molecola alcolica abbondante nel plasma) in

modo da trasportarla dentro la cellula (facendo fuoriuscire il sodio, quindi attivando un trasporto attivo secondario).

L'acetile, altro precursore di acetilcolina, si trova già dentro la cellula poiché fuoriesce dal mitocondrio in caso di

surplus energetico.

La sintesi di acetilcolina avviene in un unico passaggio nel terminale presinaptico: il gruppo acetilico dell’acetil-

coenzima A (acetil-CoA) è trasferito alla colina dall’enzima colina-acetiltransferasi (ChAT), espresso in maniera

specifica dai neuroni colinergici. L’attività della ChAT può essere ridotta da composti organici del mercurio, che hanno

alta affinità con il gruppo solfidrico dell’acetil-CoA. Questa inibizione può portare a una deficienza di acetilcolina, con

conseguenze sull’attività motoria. L’Ach neosintetizzata è trasportata nelle vescicole da un trasportatore vescicolare

colinergico. La tappa limitante della sintesi della acetilcolina è il trasporto della colina, la cui attività viene regolata in

funzione della quantità di acetilcolina liberata.

Il rilascio di acetilcolina può essere bloccato dalle tossine botuliniche, prodotte dal batterio Clostridium botulinum, una

famiglia di peptidasi che tagliano le componenti del processo SNARE, e impediscono la

fusione delle vescicole sinaptiche con la membrana plasmatica neuronale. Le tossine botuliniche sono letali in

condizioni di intossicazione, perché bloccano la neurotrasmissione, in particolar modo quella colinergica, che controlla

la muscolatura scheletrica.

Il rilascio delle vescicole avviene a livello di siti della membrana presinaptica detti zone attive, intorno alle quali sono

maggiormente concentrati i canali voltaggio-dipendenti per il calcio. L’aumento locale di ioni Ca2+ provocato

dall’arrivo di un potenziale d’azione innesca la fusione delle vescicole con la membrana plasmatica e il rilascio del loro

contenuto nella fessura sinaptica. Considerando il diametro delle vescicole sinaptiche (50 nm) e la larghezza della

fessura sinaptica (20-40 nm), si comprende come le molecole di neurotrasmettitore siano catapultate a ridosso dei siti

recettoriali, concentrati di fronte alle zone attive, e possano efficacemente interagire con essi.

Quindi:

La batracotossina aumenta la permeabilità al Na+

determinando una persistente depolarizzazione e

inducendo così una successiva incapacità alla

conduzione dell’impulso

La tossina del clostridio botulinico internalizzata dal motoneurone mediante endocitosi blocca il release esocitotico di

acetilcolina.

La tossina botulinica è di straordinaria attività e si produce nei cibi conservati perché qui può riprodursi il clostridio

che determina paralisi progressiva del sistema motorio.

Nello stesso modo si comporta la beta bungarotossina che è un prodotto del veleno di serpenti della famiglia del

Cobra. Lo stesso veleno contiene la alfa bungarotossina che è invece un antagonista del recettore nicotinico

Inattivazione: La modalità primaria dell’inattivazione dell’ACh è enzimatica. L’acetilcolinesterasi (AChE) è un

enzima associato alla membrana postsinaptica, che idrolizza l’Ach direttamente nel suo sito d’azione separando la

colina dall’acetato. Mentre l’acetato, metabolicamente inutilizzabile, è eliminato per diffusione, la colina è

ricaptata dal neurone presinaptico attraverso l’attività di proteine trasportatrici poste sulla membrana presinaptica, per

la sintesi di ulteriore neurotrasmettitore.

FARMACI

FARMACI CHE AGISCONO IN SEDE PRESINAPTICA

Inibitori della colina acetiltransferasi

•

Cloroacetilcolina, bromochetone → inibiscono la formazione dell’acetilcolina impedendo la acetilazione della colina

NB! Il CoA contiene acido pantotenico → Diete carenti di acido pantotenico → Atonie intestinali (stipsi dei vecchi).

La somministrazione di 50mg di acido pantotenico provoca rapidi miglioramenti!

Inibitori del trasportatore della colina Emicolinio: inibitore competitivo della captazione della colina, ma non

• viene captato dai terminali neuronali in modo apprezzabile

Trietilcolina:oltre ad inibire la captazione di colina, ètrasportata ed acetilata all’interno della terminazione →

acetiltrietilcolina (falso neurotrasmettitore)

Inibitori del trasportatore della acetilcolina

•

vesamicolo: blocca il trasporto dell’acetilcolina dal citosol alle vescicole sinaptiche

Inibitori dell’emissione di acetilcolina

•

tetrodotossina, procaina, cocaina: impediscono l’arrivo degli impulsi alle terminazioni nervose

Inibitori della acetilcolinaesterasi

•

Neostigmina, fisostigmina, piridostigmina, etc

Inibitori reversibili delle colinesterasi

Edrofonio:potente ma di breve durata

Fisostigmina: azione inibitoria dura circa 20 minuti “in vitro” , passa nel Sistema Nervoso Centrale (SNC)

Neostigmina: è potente come la fisostigmina ma non passa nel SNC

Inibitori reversibili della acetilcolinesterasi di più recente sintesi:

Tacrina

Il Donepezil

Metrifonato

La maggior parte degli inibitori inibisce anche le pseudocolinesterasi

Pseudocolinesterasi o butirrilcolinesterasi o colinoesterasi atipiche

Presenti nel plasma, fegato, parete gastrointestinale, SNC. Hanno il loro migliore substrato nella butirrilcolinoesterasi

Idrolizzano più lentamente acetilcolina rispetto a acetilcolinesterasi.

Inibitori irreversibili della acetilcolinesterasi composti organo fosforici. Usati come pesticidi in agricoltura o come gas

nervini (aggressivi bellici).

Antidoto: pralidossima ioduro (PAM)

TOSSINE

La tossina botulinica è una proteina prodotta dal bacillo anaerobico Clostridium botulinum. Tale organismo può

riprodursi nei cibi conservati causando il botulismo, una forma grave di avvelenamento alimentare. La tossina

botulinica è un eterodimero:

La subunità maggiore si lega al recettore di membrana e permette l’ingresso della tossina all’interno della

• terminazione nervosa colinergica e quindi l’azione della subunità minore → Subunità responsabile della

specificità(nervi motori)

La subunità minore è una peptidasi capace di inattivare proteine specifiche coinvolte nella esocitosi

• (sinaptobrevina, sintassine, etc). → subunità responsabile dell’inibizione del rilascio di acetilcolina

Avvelenamento indotto dalla tossina botulinica → Progressiva paralisi del sistema parasimpatico e del sistema motorio

(paralisi flaccida) → Secchezza delle fauci, offuscamento della visione e difficoltà nella deglutizione, progressiva

paralisi respiratoria.

! Il trattamento con antitossina è efficace soltanto se viene effettuato prima che i sintomi compaiano, poiché una volta

che la tossina è legata, la sua azione è irreversibile

La tossina tetanica è una esotossina prodotta da Clostridium tetani. Si lega ed entra nei neuroni spinali → Blocco del

rilascio di glicina → Paralisi spastica

Tossine contenute nel veleno di serpente:

α-neurotossine: bloccano i recettori colinergici postsinaptici interagendo con il sito di legame dell’agonista sul

recettore nicotinico:

α-bungarotossina: è selettiva per il recettore muscolare e neuronale con subunità α7

• β-bungarotossina: inibisce i recettori neuronali

•

fasciculine: inibiscono l’acetilcolinaesterasi

tossine muscariniche: sono agonisti muscarinici

RECETTORI DELL'ACETILCOLINA

I recettori di Ach sono:

muscarinici →Mediano gli effetti dell’acetilcolina a livello delle sinapsi parasimaptiche postgangliari(cuore,

• muscolatura liscia, ghiandole) e contribuiscono all’eccitazione gangliare

nicotinici → Mediano la trasmissione sinaptica veloce a livello della giunzione neuromuscolare, dei gangli

• autonomi e di vari siti nel SNC

L’acetilcolina è una molecola flessibile che si trova in due stati conformazionali differenti a seconda del recettore cui è

legata. RECETTORI NICOTINICI

I recettori nicotinici sono canali ionici attivati dall’interazione col ligando e la loro attivazione causa un rapido

aumento della permeabilità cellulare al Na+e al K+, seguita da depolarizzazione ed eccitazione. Sono note 5 tipi di

subunità(α,β,γ,δ,ε) con elevata omologia di sequenza ed organizzate in pentamero per formare un canale funzionante.

Il rivestimento interno del poro è formato da segmenti M2 di ogni subunità contenenti aa negativi (selettività del canale

per cationi). La subunità α è presente sempre in due copie. I due siti di legame per l’acetilcolina sono formati

dall’interfaccia di ciascuna subunità a con la subunità adiacente. Quando l’Ach si lega dall’esterno le α-eliche si

raddrizzano permettendo l’apertura del canale.

Muscolare: La struttura pentamerica è costituita da quattro diverse subunità :α2βδε: nel muscolo innervato

dell’adultoα2βδγ: nel muscolo embrionale o denervato.

Neuronale: La struttura pentamerica è costituitàda due differenti subunità. Subunità α: sono noti otto sottotipi (α2-α9)

Subunità β: sono noti quattro sottotipi (β2-β5)

La distribuzione e la funzionalità dei recettori è importante per la trasmissione sinaptica.

Un diverso arrangiamento delle subunità rende conto della differenza fra recettore neuronale centrale e gangliare

MIASTENIA GRAVE (malattia autoimmune) → anticorpi contro AchR → alterazione della contrazione

Azioni mediate da acetilcolina:

1) riduzione della pressione effetto dovuto a vasodilatazione ma fugace in quanto entrano in gioco i barocettori con

conseguente aggiustamento pressorio

2) cuore effetto inotropo e cronotropo negativo

3) a livello della muscolatura liscia intestinale: aumenta il tono e l’ampiezza delle contrazioni fino a poter indurre

diarrea

4) a livello della muscolatura liscia bronchiale: broncocostrizione

5) ghiandole esocrine. aumenta la sudorazione, la lacrimazione, la salivazione

6) occhio: m