ENOLAZA: BUDOWA, MECHANIZM DZIAŁANIA, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Enolazy to enzym odpowiedzialny za wykonywanie konwersji D-2-fosfoglicerynianowej (2PGA) fosfoenolopirogronianu (PEP) w glikolizy i glukoneogenezy reakcja odwrotna, dwa procesy metaboliczne nie są częścią komórkowej przemiany energii.

Decyzja o katalizowaniu tej reakcji w jednym lub drugim kierunku zależy od dostępu komórki do glukozy. Oznacza to, że musisz dostosować swój metabolizm do degradacji lub syntezy, aby uzyskać energię. Niezbędne do realizacji ich ważnych procesów.

Trójwymiarowa struktura Enolase. Autor: Jawahar Swaminathan i pracownicy MSD z Europejskiego Instytutu Bioinformatyki, źródło Wikimedia Commons.

Biorąc pod uwagę, że oba szlaki metaboliczne należą do centrum centralnego drzewa metabolicznego istot żywych, nie jest zaskakujące, że sekwencja aminokwasów tego białka jest konserwowana w archeonach, bakteriach i eukariotach. I dlatego ma podobne właściwości katalityczne.

Lokalizacja enolazy w komórce jest ograniczona do cytozolu, przedziału, w którym w większości organizmów zachodzi zarówno glikoliza (zwana również glikolizą), jak i glukoneogeneza.

Jednak wykryto go również w innych przedziałach komórkowych, takich jak błona plazmatyczna wielu patogenów i komórek rakowych. Wydaje się, że jest zaangażowany w ułatwianie procesów rozprzestrzeniania się komórek, co jest funkcją całkowicie odmienną od jej klasycznej funkcji.

Enzymy zdolne do pełnienia więcej niż jednej funkcji, takie jak enolaza, są znane jako enzymy księżycowe.

Struktura

Czwartorzędową strukturę enolazy związanej lub nie związanej z jej ligandami określono u wielu osobników prokariotycznych i eukariotycznych.

Każdy monomer ma dwie domeny: małą domenę na końcu aminowym i większą domenę na końcu karboksylowym. Domena N-końcowa składa się z trzech helis α i czterech arkuszy β. Natomiast C-koniec składa się z ośmiu arkuszy β, które naprzemiennie tworzą beczułkę β otoczoną ośmioma helisami α.

Ponadto na każdym monomerze znajdują się dwa miejsca wiązania dwuwartościowych kationów, które określono jako „miejsce konformacyjne” i „miejsce katalityczne”. Pierwsza nie jest zbyt selektywna i może wiązać wiele różnych dwuwartościowych kationów przy braku podłoża.

Natomiast druga wiąże się z jonami po związaniu substratu z enzymem. Wiązanie się jonów z obydwoma miejscami jest niezbędne do przebiegu reakcji.

Na koniec należy wspomnieć, że w homodimerach monomery są połączone zachowując równoległą orientację. Dlatego miejsce aktywne jest ograniczone do regionu centralnego utworzonego przez wspomniane złącze.

Jednak w katalizie uczestniczą tylko reszty jednego z dwóch monomerów. To wyjaśnia zdolność monomerów do prowadzenia reakcji w warunkach doświadczalnych.

Mechanizm akcji

Mechanizm działania enzymu Enolase. Autor: Kthompson08 z angielskiej Wikipedii, z Wikimedia Commons.

Badania strukturalne, a także te, które umożliwiły określenie kinetycznych i fizykochemicznych właściwości enolazy, umożliwiły zrozumienie mechanizmu jej działania.

Sposób, w jaki enzym katalizuje reakcję jest dość interesujący. Chociaż w grę wchodzi tylko jeden substrat, zaproponowano uporządkowany mechanizm sekwencyjny.

Rozpoczyna się to związaniem jonu Mg2 + z miejscem konformacyjnym jednego z monomerów. Kontynuuje się wiązanie substratu z miejscem aktywnym, po czym następuje wiązanie drugiego jonu z miejscem katalitycznym i kończy się natychmiastowym uwolnieniem produktu po zakończeniu reakcji. W tym momencie Mg2 + pozostaje przyłączony do miejsca konformacyjnego.

W ten sam sposób, aby pobudzić reakcję, enzym najpierw pośredniczy w tworzeniu związku pośredniego karboanionu, eliminując proton z węgla 2 2PGA. Dzieje się tak dzięki działaniu podstawowej reszty aminokwasowej.

Sekwencyjnie usuwanie hydroksylu węgla 3 zachodzi w wyniku działania reszt kwasowych enzymu. W tym momencie połączenie obu węgli odbywa się za pomocą podwójnego wiązania tworzącego PEP. W ten sposób reakcja zostaje zakończona.

cechy

Wiele z dotychczas badanych enzymów jest zdolnych do pełnienia różnorodnych funkcji niezwiązanych z ich „klasyczną funkcją” w różnych przedziałach komórkowych. Te enzymy są określane jako enzymy „księżycowe”.

W tym sensie enolazę można uznać za enzym księżycowy, ponieważ do tej pory przypisywano jej liczne funkcje przeciwstawne do jej klasycznej funkcji, zarówno u bakterii, jak i eukariontów.

Oto niektóre z tych funkcji:

- Uczestniczy w utrzymaniu kształtu komórki, a także w ruchu pęcherzykowym poprzez interakcję z białkami cytoszkieletu.

- W jądrze komórek ssaków działa jako czynnik transkrypcyjny regulujący ekspresję genów związanych z proliferacją komórek. Współpracuje w utrzymaniu stabilności mRNA w degradosomie bakterii.

- W przypadku patogenów, takich jak Streptococcus pneumoniae i Trypanosoma cruzi, wydaje się, że działa jako ważny czynnik zjadliwości.

- Stwierdzono również, że u Streptococcus pyogenes enolaza jest wydalana do środowiska zewnątrzkomórkowego, co ułatwia degradację tkanek i unikanie układu odpornościowego u żywiciela.

- Jest wyrażany na powierzchni komórek nowotworowych, wzmacniając przerzuty.

Eolase i jej związek z mechanizmami rozprzestrzeniania się komórek

Wiele patogenów, a także komórek nowotworowych, ulega ekspresji w błonie lub wydala proteazy zdolne do degradacji białek macierzy zewnątrzkomórkowej do środowiska zewnątrzkomórkowego.

Ta zdolność umożliwia tym komórkom przebijanie się przez tkanki i szybkie rozprzestrzenianie się w organizmie gospodarza. Promując w ten sposób unikanie układu odpornościowego, a tym samym rozwój infekcji.

Chociaż enolaza nie posiada aktywności proteazy, uczestniczy w procesie rozsiewania wielu patogenów u gospodarza, a także w komórkach nowotworowych podczas przerzutów.

Osiąga się to dzięki temu, że ulega ekspresji na powierzchni tych komórek, działając jako receptor plazminogenu. Ten ostatni jest zymogenem proteazy serynowej znanej jako plazmina, która jest częścią układu fibrynolitycznego i działa poprzez degradację białek macierzy zewnątrzkomórkowej.

Dlatego enolaza ulegająca ekspresji na powierzchni jest strategią, którą te komórki nabyły w celu ustanowienia infekcji i skutecznego rozprzestrzeniania się.

Ta strategia składa się z dwóch procesów:

- Unikanie układu odpornościowego żywiciela. Ponieważ te komórki są pokryte własnym białkiem gospodarza, są ignorowane przez komórki układu odpornościowego, które rozpoznają nie-własne białka związane z patogenami.

- Rozprzestrzenianie się plazminogenu w plazminie po aktywacji. Udział w degradacji białek macierzy pozakomórkowej ułatwia wtedy szybkie i efektywne rozpowszechnianie.

Bibliografia

1. Avilan L, Gualdron-Lopez M, Quiñones W, González-González L, Hannaert V, Michels PAA, Concepción JL. Enolaza: kluczowy gracz w metabolizmie i prawdopodobny czynnik zjadliwości pasożytów trypanosomatycznych - perspektywy jej zastosowania jako celu terapeutycznego. Badania enzymów. 2011 vol. Numer artykułu 932549, 14 stron.
2. Bhowmick I, Kumar N, Sharma S, Coppens I, Jarori GK, Plasmodium falciparum enolase: ekspresja specyficzna dla stadium i lokalizacja subkomórkowa. Dziennik malarii. 2009; 8 ust. 1. artykuł 179.
3. Dzień I, Peshavaria M, Quinn GB, Różnicowy zegar molekularny w ewolucji izoprotein enolazy. Journal of Molecular Evolution. 1993; 36 (6): 599–601.
4. de la Torre-Escudero E, Manzano-Román R, Pérez-Sánchez R, Siles-Lucas M, Oleaga A. Klonowanie i charakteryzacja wiążącej plazminogen powierzchniowo związanej enolazy ze Schistosoma bovis. Parazytologia weterynaryjna. 2010; 173: 73-84.
5. Dinovo EC, Boyer PD. Sondy izotopowe mechanizmu reakcji enolazy. Początkowe i równowagowe kursy wymiany izotopów: pierwotne i wtórne efekty izotopowe. J Biol Chem. 1971; 246 (14): 4586-4593.
6. Kaberdin VR, Lin-Chao S, Unraveling new roles for minor components of the E. coli RNA degradosome. Biologia RNA. 2009; 6 (4): 402–405.
7. Keller A, Peltzer J, Carpentier G. Interactions of enolase isoforms with tubulin and microtubules during myogenesis. Biochimica et Biophysica Acta.2007; 1770 (6): 919–926.
8. Lung J, Liu KJ, Chang JY, Leu SJ, Shih NY. MBP-1 jest skutecznie kodowany przez alternatywny transkrypt genu ENO1, ale jest regulowany potranslacyjnie przez zależny od proteasomu obrót białek. FEBS Journal. 2010; 277 (20): 4308-4321.
9. Pancholi V. Wielofunkcyjna α-enolaza: jej rola w chorobach. Nauki o życiu komórkowym i molekularnym. 2001; 58 (7): 902–920.
10. Poyner RR, Cleland WW, Reed GH. Rola jonów metali w katalizie przez enolazę. Uporządkowany mechanizm kinetyczny dla enzymu pojedynczego substratu. Biochemia. 2001; 40: 9008-8017.
11. Segovia-Gamboa NC, Chávez-Munguía B, Medina-Flores A, Entamoeba invadens, encystation process and enolase. Doświadczalna parazytologia. 2010; 125 (2): 63–69.
12. Tanaka M, Sugisaki K, Nakashima K, Zamiana poziomów mRNA podlegających translacji dla izozymów enolazy podczas rozwoju mięśni szkieletowych kurczaka. Komunikaty dotyczące badań biochemicznych i biofizycznych. 1985; 133 (3): 868–872.