ЭНОЛАЗА: СТРУКТУРА, МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Енолаза является фермент , ответственный за выполнение конверсии D-2-фосфоглицерата (2PGA) фосфоенолпирувата (РЕР) в гликолиза и глюконеогенеза обратной реакции, два метаболических путей являются частью клеточного метаболизма энергии.

Решение катализировать эту реакцию в том или ином направлении зависит от доступа клетки к глюкозе. То есть о потребностях, которые вы должны адаптировать к метаболизму для разложения или синтеза, чтобы получить энергию. Незаменим для выполнения их жизненно важных процессов.

Трехмерная структура энолазы. Авторы: Джавахар Сваминатан и сотрудники MSD Европейского института биоинформатики, из Wikimedia Commons.

Учитывая, что оба метаболических пути относятся к центру центрального метаболического древа живых существ, неудивительно, что аминокислотная последовательность этого белка сохраняется у архей, бактерий и эукариот. И поэтому он имеет аналогичные каталитические свойства.

Локализация енолазы в клетке ограничена цитозолем, компартментом, в котором у большинства организмов происходят как гликолиз (также называемый гликолизом), так и глюконеогенез.

Однако он также был обнаружен в других клеточных компартментах, таких как плазматическая мембрана многих патогенов и раковых клеток. Кажется, что там он участвует в облегчении процессов распространения клеток, а функция полностью отличается от его классической функции.

Ферменты, способные выполнять более одной функции, такие как энолаза, известны как подрабатывающие ферменты.

Структура

Четвертичная структура енолазы, связанная или не связанная с ее лигандами, была определена у большого числа прокариотических и эукариотических индивидуумов.

Каждый мономер имеет два домена: небольшой аминоконцевой домен и больший карбоксиконцевой домен. N-концевой домен состоит из трех α-спиралей и четырех β-листов. Принимая во внимание, что С-конец состоит из восьми β-листов, которые чередуются между собой, образуя β-цилиндр, окруженный восемью α-спиралями.

Кроме того, на каждом мономере обнаружены два сайта связывания для двухвалентных катионов, которые получили название «конформационный сайт» и «каталитический сайт». Первый не очень селективен и может связывать большое количество двухвалентных катионов в отсутствие субстрата.

Тогда как второй связывается с ионами после того, как субстрат связался с ферментом. Связывание ионов с обоими участками жизненно важно для протекания реакции.

Наконец, важно отметить, что в гомодимерах мономеры соединены, сохраняя параллельную ориентацию. Следовательно, активный сайт ограничен центральной областью, образованной указанным переходом.

Однако в катализе участвуют только остатки одного из двух мономеров. Это объясняет способность мономеров проводить реакцию в экспериментальных условиях.

Механизм действия

Механизм действия фермента энолазы. Автор Kthompson08 в английской Википедии, из Wikimedia Commons.

Структурные исследования, а также те, которые позволили определить кинетические и физико-химические характеристики енолазы, позволили понять механизм ее действия.

Весьма интересен способ, которым фермент катализирует реакцию. Хотя задействован только один субстрат, был предложен упорядоченный последовательный механизм.

Это начинается со связывания иона Mg2 + с конформационным сайтом одного из мономеров. Он продолжается связыванием субстрата с активным центром с последующим связыванием второго иона с каталитическим центром и завершается быстрым высвобождением продукта после того, как реакция была проведена. На этом этапе Mg2 + остается прикрепленным к конформационному сайту.

Таким же образом, чтобы ускорить реакцию, фермент сначала опосредует образование промежуточного карбаниона, удаляя протон из углерода 2 2PGA. Это происходит благодаря действию основного аминокислотного остатка.

Последовательно удаление гидроксила углерода 3 происходит под действием кислотного остатка фермента. На этом этапе соединение обоих атомов углерода осуществляется посредством двойной связи, образующей PEP. Таким образом реакция прекращается.

Характеристики

Многие из изученных к настоящему времени ферментов способны выполнять большое количество функций, не связанных с их «классической функцией» в различных клеточных компартментах. Эти ферменты получили название «подрабатывающих» ферментов.

В этом смысле энолазу можно рассматривать как подрабатывающий фермент, поскольку до настоящего времени ей приписывались многочисленные функции, противоположные ее классической функции, как у бактерий, так и у эукариот.

Вот некоторые из этих функций:

- Участвует в поддержании формы клеток, а также в везикулярном движении, взаимодействуя с белками цитоскелета.

- В ядре клеток млекопитающих он действует как фактор транскрипции, регулирующий экспрессию генов, связанных с пролиферацией клеток. Он участвует в поддержании стабильности мРНК в деградосомах бактерий.

- У патогенов, таких как Streptococcus pneumoniae и Trypanosoma cruzi, он действует как важный фактор вирулентности.

- Также было обнаружено, что у Streptococcus pyogenes энолаза выделяется во внеклеточную среду, облегчая деградацию тканей и уклонение иммунной системы хозяина.

- Выражается на поверхности опухолевых клеток, усиливая метастазирование.

Эолаза и ее связь с механизмами распространения клеток

Многие патогены, а также опухолевые клетки экспрессируются в своей мембране или выделяют протеазы, способные разрушать белки внеклеточного матрикса во внеклеточную среду.

Эта способность позволяет этим клеткам пробиваться сквозь ткани и быстро распространяться по организму хозяина. Способствуя таким образом уклонению от иммунной системы и, следовательно, установлению инфекции.

Хотя энолаза не обладает протеазной активностью, она участвует в процессе распространения многих патогенов в своем хозяине, а также в опухолевых клетках во время метастазирования.

Это достигается благодаря тому, что он экспрессируется на поверхности этих клеток, действуя как рецептор плазминогена. Последний представляет собой зимоген сериновой протеазы, известной как плазмин, которая является частью фибринолитической системы и действует путем разрушения белков внеклеточного матрикса.

Следовательно, поверхностно-экспрессируемая енолаза - это стратегия, которую эти клетки приобрели для установления инфекции и успешного распространения.

Эта стратегия состоит из двух процессов:

- Уклонение от иммунной системы хозяина. Поскольку эти клетки покрыты собственным белком хозяина, они игнорируются клетками иммунной системы, которые распознают чужие белки, связанные с патогенами.

- Постактивационное распространение плазминогена в плазмине. Чье участие в деградации белков внеклеточного матрикса затем способствует быстрому и эффективному распространению.

Ссылки

1. Авилан Л., Гуальдрон-Лопес М., Киньонес В., Гонсалес-Гонсалес Л., Ханнаерт В., Михельс PAA, Консепсьон Дж. Л.. Энолаза: ключевой игрок в метаболизме и вероятный фактор вирулентности трипаносоматидных паразитов - перспективы ее использования в качестве терапевтической мишени. Ферментные исследования. 2011 т. Статья ID932549, 14 стр.
2. Bhowmick I, Kumar N, Sharma S, Coppens I, Jarori GK, енолаза Plasmodium falciparum: стадия-специфическая экспрессия и субклеточная локализация. Журнал Малярии. 2009; 8 (1). статья 179.
3. День I, Пешавария М., Куинн Г.Б., Дифференциальные молекулярные часы в эволюции изопротеинов енолазы. Журнал молекулярной эволюции. 1993; 36 (6): 599-601.
4. де ла Торре-Эскудеро Е., Манзано-Роман Р., Перес-Санчес Р., Силес-Лукас М., Олеага А. Клонирование и характеристика связывающей плазминоген поверхностно-связанной энолазы из Schistosoma bovis. Ветеринарная паразитология. 2010; 173: 73-84.
5. Диново EC, Boyer PD. Изотопные зонды механизма реакции енолазы. Начальные и равновесные курсы изотопного обмена: первичный и вторичный изотопные эффекты. J. Biol Chem., 1971; 246 (14): 4586-4593.
6. Кабердин В.Р., Лин-Чао С., Раскрытие новых ролей минорных компонентов деградосомы РНК E. coli. Биология РНК. 2009; 6 (4): 402-405.
7. Келлер А., Пельтцер Дж., Карпентье Г. Взаимодействие изоформ енолазы с тубулином и микротрубочками во время миогенеза. Biochimica et Biophysica Acta.2007; 1770 (6): 919-926.
8. Лунг Дж., Лю KJ, Чанг JY, Лей SJ, Ши, Нью-Йорк. MBP-1 эффективно кодируется альтернативным транскриптом гена ENO1, но посттрансляционно регулируется протеасомозависимым оборотом белка. Журнал FEBS. 2010; 277 (20): 4308-4321.
9. Панчоли В. Многофункциональная α-енолаза: ее роль при заболеваниях. Клеточные и молекулярные науки о жизни. 2001; 58 (7): 902-920.
10. Пойнер Р.Р., Клеланд В.В., Рид Г.Х. Роль ионов металлов в катализе енолазой. Упорядоченный кинетический механизм для одного фермента-субстрата. Биохимия. 2001; 40: 9008-8017.
11. Сеговия-Гамбоа, Северная Каролина, Чавес-Мунгиа B, Медина-Флорес A, Entamoeba invadens, процесс энцистации и энолаза. Экспериментальная паразитология. 2010; 125 (2): 63-69.
12. Танака М., Сугисаки К., Накашима К., Переключение уровней транслируемых мРНК для изоферментов энолазы во время развития скелетных мышц курицы. Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 1985; 133 (3): 868-872.