Enoláza je enzým zodpovedný za implementáciu premenu D-2-fosfoglycerátu (2PGA) fosfoenolpyruvát (PEP) v glykolýza a glukoneogenézy reverznej reakcie, dve metabolické cesty sú súčasťou bunkového metabolizmu energie.
Rozhodnutie katalyzovať túto reakciu jedným alebo druhým smerom závisí od prístupu bunky k glukóze. To znamená, že musíte prispôsobiť svoj metabolizmus degradácii alebo syntéze, aby ste získali energiu. Nevyhnutné pre realizáciu ich životne dôležitých procesov.
Trojrozmerná štruktúra Enolasy. Autor: Jawahar Swaminathan a pracovníci MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku z Wikimedia Commons.
Vzhľadom na to, že obidve metabolické cesty patria do centra centrálneho metabolického stromu živých bytostí, nie je prekvapujúce, že aminokyselinová sekvencia tohto proteínu je konzervovaná v archaea, baktériách a eukaryotoch. A preto má podobné katalytické vlastnosti.
Lokalizácia enolázy v bunke je obmedzená na cytozol, kompartment, v ktorom sa u väčšiny organizmov vyskytuje glykolýza (tiež nazývaná glykolýza) a glukoneogenéza.
Zistila sa však aj v iných bunkových kompartmentoch, ako je plazmatická membrána mnohých patogénov a rakovinových buniek. Zdá sa, že sa tu podieľa na uľahčovaní procesov šírenia buniek, čo je funkcia úplne odlišná od klasickej funkcie.
Enzýmy schopné vykonávať viac ako jednu funkciu, napríklad enoláza, sú známe ako enzýmy mesačného svitu.
štruktúra
U veľkého počtu prokaryotických a eukaryotických jedincov bola stanovená kvartérna štruktúra enolázy, ktorá sa viaže alebo nesie na svoje ligandy.
Každý monomér má dve domény: malú amino-koncovú doménu a väčšiu karboxy-koncovú doménu. N-terminálna doména sa skladá z troch a-helixov a štyroch p listov. Zatiaľ čo C-terminál sa skladá z ôsmich listov ß, ktoré sa medzi nimi striedajú a tvoria ß-valec, ktorý je obklopený ôsmimi a-helixmi.
Ďalej sa na každom monoméri, ktorý sa nazýva „konformačné miesto“ a „katalytické miesto“, nachádzajú dve väzobné miesta pre dvojmocné katióny. Prvý nie je príliš selektívny a môže v neprítomnosti substrátu viazať veľké množstvo dvojmocných katiónov.
Zatiaľ čo druhý sa viaže na ióny potom, čo sa substrát viazal na enzým. Väzba iónov na obe miesta je nevyhnutná pre pokračovanie reakcie.
Nakoniec je dôležité spomenúť, že v homodiméroch sú monoméry spojené tak, že udržiavajú paralelnú orientáciu. Preto je aktívne miesto obmedzené na strednú oblasť tvorenú uvedeným spojom.
Katalýzy sa však zúčastňujú iba zvyšky jedného z týchto dvoch monomérov. Toto vysvetľuje schopnosť monomérov uskutočňovať reakciu za experimentálnych podmienok.
Mechanizmus akcie
Mechanizmus účinku enzýmu Enolasa. Autor: Kthompson08 na anglickej Wikipédii, z Wikimedia Commons.
Štrukturálne štúdie, ako aj tie, ktoré umožnili určiť kinetické a fyzikálno-chemické vlastnosti enolázy, umožnili pochopiť jej mechanizmus účinku.
Spôsob, ktorým enzým katalyzuje reakciu, je celkom zaujímavý. Aj keď je zapojený iba jeden substrát, je navrhnutý sekvenčný mechanizmus.
Toto začína väzbou Mg2 + iónu na konformačné miesto jedného z monomérov. Pokračuje väzbou substrátu na aktívne miesto, potom väzbou druhého iónu na katalytické miesto a končí okamžitým uvoľňovaním produktu po ukončení reakcie. V tomto bode zostáva Mg2 + pripojený na konformačné miesto.
V rovnakých líniách, aby sa podporila reakcia, enzým najskôr sprostredkuje tvorbu medziproduktu karbaniónu, čím sa z uhlíka 2 2PGA odstráni protón. Robí to vďaka pôsobeniu bázických aminokyselinových zvyškov.
Postupne k odstraňovaniu hydroxylu uhlíka 3 dochádza pôsobením kyslého zvyšku enzýmu. V tomto okamihu sa spojenie oboch uhlíkov uskutoční pomocou PEP s dvojitou väzbou. Týmto spôsobom sa reakcia ukončí.
Vlastnosti
Mnohé z doteraz študovaných enzýmov sú schopné vykonávať rôzne funkcie, ktoré nesúvisia s ich „klasickou funkciou“ v rôznych kompartmentoch buniek. Tieto enzýmy sa označujú ako enzýmy „moonlighting“.
V tomto zmysle možno enolázu považovať za enzým mesačného svitu, pretože doteraz boli jej baktériám a eukaryotom priradené mnohé funkcie, ktoré sú v protiklade s jej klasickou funkciou.
Niektoré z týchto funkcií sú nasledujúce:
- Podieľa sa na udržiavaní tvaru buniek, ako aj na vezikulárnom prenose interakciou s proteínmi cytoskeletu.
- V jadre cicavčích buniek pôsobí ako transkripčný faktor, ktorý reguluje expresiu génov spojených s proliferáciou buniek. Spolupracuje pri udržiavaní stability mRNA v degradozóme v baktériách.
- Zdá sa, že u patogénov, ako je Streptococcus pneumoniae a Trypanosoma cruzi, pôsobí ako dôležitý faktor virulencie.
- Zistilo sa tiež, že v Streptococcus pyogenes sa enoláza vylučuje do extracelulárneho prostredia, čo uľahčuje degradáciu tkaniva a únik imunitného systému v hostiteľovi.
- Vyjadruje sa na povrchu nádorových buniek, čím sa zvyšuje metastáza.
Eoláza a jej vzťah k mechanizmom bunkového šírenia
Mnoho patogénov, rovnako ako nádorové bunky, exprimujú vo svojej membráne alebo vylučujú proteázy schopné degradovať proteíny extracelulárnej matrice do extracelulárneho prostredia.
Táto schopnosť umožňuje týmto bunkám preraziť tkanivá a rýchlo sa šíriť v hostiteľskom organizme. Propagácia týmto spôsobom úniku imunitného systému, a tým aj zavedenie infekcie.
Aj keď enoláza nemá proteázovú aktivitu, zúčastňuje sa na procese šírenia mnohých patogénov v hostiteľovi aj v nádorových bunkách počas metastázy.
To sa dosahuje vďaka skutočnosti, že sa exprimuje na povrchu týchto buniek fungovaním ako receptor plazminogénu. Posledne menovaný je zymogén serínovej proteázy známej ako plazmin, ktorý je súčasťou fibrinolytického systému a pôsobí degradáciou proteínov extracelulárnej matrice.
Preto je enoláza exprimovaná na povrchu stratégiou, ktorú tieto bunky získali na vytvorenie infekcie a úspešné rozšírenie.
Táto stratégia pozostáva z dvoch procesov:
- únik imunitného systému hostiteľa. Pretože tieto bunky sú potiahnuté vlastným proteínom hostiteľa, ignorujú ich bunky imunitného systému, ktoré rozpoznávajú nevlastné proteíny spojené s patogénmi.
- Poaktivačná distribúcia plazminogénu v plazmíne. Koho účasť na degradácii proteínov extracelulárnej matrice potom uľahčuje rýchle a efektívne šírenie.
Referencie
- Avilan L, Gualdron-Lopez M, Quiñones W, González-González L, Hannaert V, Michels PAA, Concepción JL. Enolasa: kľúčový hráč v metabolizme a pravdepodobný faktor virulencie perspektív trypanosomatidových parazitov pre jej použitie ako terapeutického cieľa. Enzyme Research. 2011 zv. Článok ID932549, 14 strán.
- Bhowmick I, Kumar N, Sharma S, Coppens I, Jarori GK, Plasmodium falciparum enolase: štádium špecifická expresia a subcelulárna lokalizácia. Denník malárie. 2009; 8 (1). článok 179.
- Deň I, Peshavaria M, Quinn GB, Diferenciálne molekulárne hodiny vo vývoji enolázových izoproteínov. Journal of Molecular Evolution. 1993; 36 (6): 599-601.
- de la Torre-Escudero E, Manzano-Román R, Pérez-Sánchez R, Siles-Lucas M, Oleaga A. Klonovanie a charakterizácia povrchovej enolázy spojenej s plazminogénom zo Schistosoma bovis. Veterinárna parazitológia. 2010; 173: 73-84.
- Dinovo EC, Boyer PD. Izotopové sondy mechanizmu enolázovej reakcie. Počiatočné a rovnovážné výmenné kurzy izotopov: primárne a sekundárne účinky izotopov. J. Biol. Chem. 1971; 246 (14): 4586-4593.
- Kaberdin VR, Lin-Chao S, Rozlúštenie nových úloh pre menšie komponenty degradačného RNA RNA E. coli. RNA Biology. 2009; 6 (4): 402-405.
- Keller A, Peltzer J, Carpentier G. Interakcie enolázových izoforiem s tubulínom a mikrotubulami počas myogenézy. Biochimica et Biophysica Acta. 2007; 1770 (6): 919-926.
- Lung J, Liu KJ, Chang JY, Leu SJ, Shih NY. MBP-1 je účinne kódovaný alternatívnym transkriptom génu ENO1, ale posttranslačne regulovaný proteázovo závislou premenou proteínu. FEBS Journal. 2010; 277 (20): 4308-4321.
- Pancholi V. Multifunkčná α-enoláza: jej úloha pri chorobách. Cellular and Molecular Life Sciences. 2001; 58 (7): 902 - 920.
- Poyner RR, Cleland WW, Reed GH. Úloha kovových iónov pri katalýze enolázou. Usporiadaný kinetický mechanizmus pre jeden substrátový enzým. Biochémie. 2001; 40: 9008 - 8017.
- Segovia-Gamboa NC, Chávez-Munguía B, Medina-Flores A, Entamoeba invadens, encystation process a enolase. Experimentálna parazitológia. 2010; 125 (2): 63-69.
- Tanaka M, Sugisaki K, Nakashima K, Prepínanie hladín translatovateľných mRNA pre enolázové izozýmy počas vývoja kostrového svalu kura. Biochemický a biofyzikálny výskum. 1985; 133 (3): 868-872.