ENOLASE: СТРУКТУРА, МЕХАНИЗЪМ НА ДЕЙСТВИЕ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В гени енолаза е ензим, отговорен за осъществяване на превръщането на D-2-фосфоглицерат (2PGA) фосфоенолпируват (PEP) в гликолиза и глюконеогенезата обратна реакция, две метаболитни пътища са част от клетъчната енергийния метаболизъм.

Решението да се катализира тази реакция в една или друга посока зависи от достъпа на клетката до глюкоза. Тоест от нуждите, които трябва да адаптирате метаболизма си към разграждането или синтеза, за да получите енергия. Незаменим за реализирането на жизнените им процеси.

Триизмерна структура на Enolase. От Jawahar Swaminathan и служители на MSD от Европейския институт по биоинформатика, от Wikimedia Commons.

Като се има предвид, че и двата метаболитни пътя принадлежат към центъра на централното метаболитно дърво на живите същества, не е изненадващо, че аминокиселинната последователност на този протеин се съхранява в археи, бактерии и еукариоти. И следователно, че има подобни каталитични свойства.

Локализацията на енолазата в клетката е ограничена до цитозола, отделение, в което при повечето организми се извършва както гликолиза (наричана още гликолиза), така и глюконеогенеза.

Той обаче е открит и в други клетъчни отделения като плазмената мембрана на много патогени и ракови клетки. Там изглежда се занимава с улесняване на процесите на разпространение на клетките, функция, напълно различна от класическата му функция.

Ензимите, способни да изпълняват повече от една функция, като енолаза, са известни като ензими с лунна светлина.

структура

Четворната структура на енолаза, свързана или не към нейните лиганди, е определена при голям брой прокариотни и еукариотни индивиди.

Всеки мономер има два домейна: малък амино-терминален домейн и по-голям карбокси-терминален домейн. N-терминалният домейн е съставен от три α-спирала и четири β листа. Докато С-терминалът е съставен от осем β листа, които се редуват между тях, образувайки β-варел, който е заобиколен от осем α спирали.

Освен това, на всеки мономер са открити две свързващи места за двувалентни катиони, които са наречени "конформационно място" и "каталитичен сайт". Първият не е много селективен и може да свързва голямо разнообразие от двувалентни катиони при липса на субстрат.

Като има предвид, че вторият се свързва с йони, след като субстратът се свързва с ензима. Свързването на йони и на двете места е жизненоважно за протичането на реакцията.

И накрая, важно е да се спомене, че в хомодимерите мономерите се съединяват, поддържайки паралелна ориентация. Следователно активната площадка е ограничена до централния участък, образуван от споменатото кръстовище.

В катализацията обаче участват само остатъци от един от двата мономера. Това обяснява способността на мономерите да провеждат реакцията при експериментални условия.

Механизъм на действие

Механизъм на действие, използван от ензима Enolase. От Kthompson08 от английската Wikipedia, от Wikimedia Commons.

Структурните изследвания, както и тези, които дадоха възможност да се определят кинетичните и физикохимичните характеристики на енолазата, направиха възможно да се разбере механизмът му на действие.

Начинът, по който ензимът катализира реакцията е доста интересен. Въпреки че е включен само един субстрат, предложеният последователен механизъм е това, което е предложено.

Това започва със свързването на Mg2 + йон към конформационното място на един от мономерите. Той продължава със свързването на субстрата към активния участък, последвано от свързването на втори йон към каталитичния сайт и завършва с бързото освобождаване на продукта, след като реакцията бъде проведена. В този момент Mg2 + остава прикрепен към конформационния сайт.

По същите линии, за да се насърчи реакцията, ензимът първо посредничи за генерирането на карбанионен междинен продукт, като елиминира протона от въглерод 2 от 2PGA. Това прави благодарение на действието на остатък от основна аминокиселина.

Последователно отстраняването на хидроксила на въглерод 3 става чрез действието на киселинен остатък от ензима. В този момент обединението на двата въглерода се осъществява чрез двойна връзка, образуваща PEP. По този начин реакцията се прекратява.

Характеристика

Много от ензимите, изследвани досега, са в състояние да изпълняват голямо разнообразие от функции, несвързани с тяхната „класическа функция“ в различни клетъчни отделения. Тези ензими са били наричани ензими "лунна светлина".

В този смисъл енолазата може да се разглежда като лунен светлинен ензим, тъй като досега многобройни функции, противоположни на класическата й функция, са й приписани както в бактериите, така и в еукариотите.

Някои от тези функции са както следва:

- Участва в поддържането на клетъчната форма, както и във везикуларен трафик чрез взаимодействие с цитоскелетните протеини.

- В ядрото на клетките на бозайниците, той действа като транскрипционен фактор, който регулира експресията на гени, свързани с клетъчната пролиферация. Той сътрудничи за поддържане на стабилността на мРНК в деградозома в бактериите.

- При патогени, като Streptococcus pneumoniae и Trypanosoma cruzi, изглежда, той действа като важен фактор за вирулентност.

- Установено е също, че при Streptococcus pyogenes енолазата се екскретира в извънклетъчната среда, улеснява разграждането на тъканите и евазията на имунната система в гостоприемника.

- Изразява се на повърхността на туморните клетки, засилвайки метастазите.

Eolase и връзката му с механизмите на клетъчно разпространение

Много патогени, както и туморни клетки, се експресират в своята мембрана или отделят протеази, способни да разграждат протеини на извънклетъчна матрица в извънклетъчната среда.

Тази способност позволява на тези клетки да пробият тъканите и да се разпространят бързо в организма гостоприемник. Популяризиране по този начин избягването на имунната система и следователно установяването на инфекцията.

Въпреки че енолазата липсва протеазна активност, тя участва в процеса на разпространение на много патогени в своя гостоприемник, както и на туморни клетки по време на метастази.

Това се постига благодарение на факта, че той се експресира на повърхността на тези клетки, като функционира като плазминогенен рецептор. Последното е зимогенът на серин протеаза, известна като плазмин, който е част от фибринолитичната система и действа чрез разграждане на протеините на извънклетъчната матрица.

Следователно повърхностно-експресираната енолаза е стратегия, която тези клетки са придобили, за да установят инфекция и да се разпространят успешно.

Тази стратегия се състои от два процеса:

- Избягване на имунната система на гостоприемника. Тъй като тези клетки са покрити със собствен протеин на домакина, те се игнорират от клетките на имунната система, които разпознават не-собствени протеини, свързани с патогени.

- Пост-активационно разпространение на плазминоген в плазмин. Чието участие в разграждането на протеините на извънклетъчния матрикс, след това улеснява бързото и ефективно разпространение.

Препратки

1. Avilan L, Gualdron-Lopez M, Quiñones W, González-González L, Hannaert V, Michels PAA, Concepción JL. Enolase: ключов участник в метаболизма и вероятен фактор на вирулентност на трипаносоматидните паразити - перспективи за използването му като терапевтична цел. Ензимни изследвания. 2011 кн. Артикул ID932549, 14 страници.
2. Bhowmick I, Kumar N, Sharma S, Coppens I, Jarori GK, Plasmodium falciparum enolase: специфична за стадия експресия и субклетъчна локализация. Malaria Journal. 2009; 8 (1). член 179.
3. Ден I, Peshavaria M, Quinn GB, диференциален молекулен часовник в еволюцията на енолаза изопротеин. Списание за молекулярна еволюция. 1993; 36 (6): 599-601.
4. de la Torre-Escudero E, Manzano-Román R, Pérez-Sánchez R, Siles-Lucas M, Oleaga A. Клониране и характеризиране на повърхностно-свързана с плазминоген енолаза от Schistosoma bovis. Ветеринарна паразитология. 2010; 173: 73-84.
5. Dinovo EC, Boyer PD. Изотопни сонди на енолазния реакционен механизъм. Начални и равновесни скорости на обмен на изотопи: първични и вторични изотопни ефекти. J Biol Chem. 1971; 246 (14): 4586-4593.
6. Kaberdin VR, Lin-Chao S, Разбулване на нови роли за второстепенни компоненти на РНК деградосома на E. coli. РНК Биология. 2009; 6 (4): 402-405.
7. Keller A, Peltzer J, Carpentier G. Взаимодействия на енолазните изоформи с тубулин и микротрубочки по време на миогенезата. Biochimica et Biophysica Acta. 2007; 1770 (6): 919-926.
8. Lung J, Liu KJ, Chang JY, Leu SJ, Shih NY. MBP-1 е ефективно кодиран от алтернативен транскрипт на ENO1 гена, но пост-транслационно регулиран от протеазо-зависимия оборот на протеин. Списание FEBS. 2010; 277 (20): 4308-4321.
9. Панчоли V. Мултифункционална α-енолаза: нейната роля при заболявания. Клетъчни и молекулярни науки за живота. 2001; 58 (7): 902-920.
10. Poyner RR, Cleland WW, Reed GH. Роля на метални йони в катализа от енолаза. Подреден кинетичен механизъм за единичен субстратен ензим. Биохимия. 2001; 40: 9008-8017.
11. Сеговия-Гамбоа NC, Chávez-Munguía B, Medina-Flores A, Entamoeba invadens, процес на енцистация и енолаза. Експериментална паразитология. 2010; 125 (2): 63-69.
12. Tanaka M, Sugisaki K, Nakashima K, Превключване в нива на преводими мРНК за енолазни изозими по време на развитие на скелетен мускул на пилешкото месо. Биохимични и биофизични изследователски комуникации. 1985; 133 (3): 868-872.