ENOLASE: STRUCTUUR, WERKINGSMECHANISME, FUNCTIES - BIOLOGIE - 2026

De enolase is het enzym dat verantwoordelijk is voor de omzetting van D-2-fosfoglyceraat (2PGA) fosfoenolpyruvaat (PEP) in glycolyse en gluconeogenese omgekeerde reactie, twee metabole routes maken deel uit van cellulair energiemetabolisme.

De beslissing om deze reactie in de ene of de andere richting te katalyseren, hangt af van de toegang van de cel tot glucose. Dat wil zeggen, van de behoeften die u nodig heeft om uw metabolisme aan te passen aan afbraak of synthese om energie te verkrijgen. Onmisbaar voor de realisatie van hun vitale processen.

Driedimensionale structuur van Enolase. Door Jawahar Swaminathan en MSD-medewerkers van het European Bioinformatics Institute, van Wikimedia Commons.

Aangezien beide metabole routes tot het centrum van de centrale metabole boom van levende wezens behoren, is het niet verrassend dat de aminozuursequentie van dit eiwit behouden blijft in archaea, bacteriën en eukaryoten. En daarom dat het vergelijkbare katalytische eigenschappen heeft.

De lokalisatie van enolase in de cel is beperkt tot het cytosol, een compartiment waarin bij de meeste organismen zowel glycolyse (ook wel glycolyse genoemd) als gluconeogenese plaatsvindt.

Het is echter ook aangetroffen in andere celcompartimenten, zoals het plasmamembraan van veel pathogenen en kankercellen. Daar lijkt het betrokken te zijn bij het faciliteren van celdisseminatieprocessen, een functie die totaal verschilt van zijn klassieke functie.

Enzymen die meer dan één functie kunnen vervullen, zoals enolase, staan ​​bekend als maanlichtenzymen.

Structuur

De quaternaire structuur van enolase dat al dan niet aan zijn liganden is gebonden, is bepaald bij een groot aantal prokaryote en eukaryote individuen.

Elk monomeer heeft twee domeinen: een klein amino-terminaal domein en een groter carboxyl-terminaal domein. Het N-terminale domein bestaat uit drie α-helices en vier β-vellen. Terwijl de C-terminal is samengesteld uit acht β-vellen die elkaar afwisselen en een β-cilinder vormen die wordt omgeven door acht α-helices.

Verder worden op elk monomeer twee bindingsplaatsen voor tweewaardige kationen gevonden, die de "conformationele plaats" en de "katalytische plaats" worden genoemd. De eerste is niet erg selectief en kan bij afwezigheid van een substraat een grote verscheidenheid aan tweewaardige kationen binden.

Terwijl de tweede bindt aan ionen nadat het substraat aan het enzym is gebonden. De binding van ionen aan beide sites is essentieel om de reactie te laten verlopen.

Ten slotte is het belangrijk om te vermelden dat in homodimeren de monomeren worden samengevoegd terwijl ze een parallelle oriëntatie behouden. Daarom is de actieve site beperkt tot het centrale gebied dat wordt gevormd door het knooppunt.

Alleen residuen van een van de twee monomeren nemen echter deel aan de katalyse. Dit verklaart het vermogen van monomeren om de reactie onder experimentele omstandigheden uit te voeren.

Werkingsmechanisme

Werkingsmechanisme gebruikt door het enzym Enolase. Door Kthompson08 op Engelse Wikipedia, van Wikimedia Commons.

Structurele studies, evenals studies die het mogelijk hebben gemaakt om de kinetische en fysisch-chemische kenmerken van enolase te bepalen, hebben het mogelijk gemaakt om het werkingsmechanisme te begrijpen.

De manier waarop het enzym de reactie katalyseert, is best interessant. Hoewel er slechts één substraat bij betrokken is, is een geordend sequentieel mechanisme voorgesteld.

Dit begint met de binding van een Mg2 + -ion aan de conformationele site van een van de monomeren. Het gaat verder met de binding van het substraat aan de actieve plaats, gevolgd door de binding van een tweede ion aan de katalytische plaats en eindigt met de onmiddellijke afgifte van het product zodra de reactie is uitgevoerd. Op dit punt blijft de Mg2 + verbonden met de conformationele site.

Op dezelfde manier bemiddelt het enzym, om de reactie te bevorderen, eerst de vorming van een carbaniontussenproduct, waarbij een proton uit koolstof 2 van 2PGA wordt geëlimineerd. Het doet dit dankzij de werking van een basisch aminozuurresidu.

Achtereenvolgens vindt de verwijdering van de hydroxyl van koolstof 3 plaats door de werking van een zuurresidu van het enzym. Op dit punt wordt de vereniging van beide koolstofatomen uitgevoerd door middel van een dubbele binding die PEP vormt. Op deze manier wordt de reactie beëindigd.

Kenmerken

Veel van de tot dusver bestudeerde enzymen zijn in staat om in verschillende celcompartimenten een grote verscheidenheid aan functies uit te voeren die geen verband houden met hun "klassieke functie". Deze enzymen worden "maanlichtende" enzymen genoemd.

In die zin kan enolase worden beschouwd als een maanlichtend enzym, aangezien er tot nu toe talloze functies aan zijn toegeschreven die in strijd zijn met de klassieke functie in zowel bacteriën als eukaryoten.

Enkele van deze functies zijn als volgt:

- Neemt deel aan het behoud van de celvorm en aan vesiculair verkeer door interactie met cytoskelet-eiwitten.

- In de kern van zoogdiercellen fungeert het als een transcriptiefactor die de expressie reguleert van genen die geassocieerd zijn met celproliferatie. Het werkt mee aan het handhaven van de stabiliteit van mRNA's in het degradosoom in bacteriën.

- Bij pathogenen, zoals Streptococcus pneumoniae en Trypanosoma cruzi, lijkt het een belangrijke virulentiefactor te zijn.

- Er is ook gevonden dat in Streptococcus pyogenes enolase wordt uitgescheiden naar de extracellulaire omgeving, waardoor weefselafbraak en ontwijking van het immuunsysteem in de gastheer wordt vergemakkelijkt.

- Het komt tot expressie op het oppervlak van tumorcellen, waardoor metastase wordt versterkt.

Eolase en zijn relatie met de mechanismen van celverspreiding

Veel pathogenen, evenals tumorcellen, brengen in hun membraan tot expressie of scheiden proteasen uit die in staat zijn extracellulaire matrixeiwitten af ​​te breken in de extracellulaire omgeving.

Dit vermogen stelt deze cellen in staat weefsels te doorbreken en zich snel door het gastheerorganisme te verspreiden. Op deze manier het ontwijken van het immuunsysteem bevorderen en daarmee het ontstaan ​​van de infectie.

Hoewel enolase geen proteaseactiviteit heeft, neemt het deel aan het verspreidingsproces van veel pathogenen in zijn gastheer, evenals aan tumorcellen tijdens metastase.

Dit wordt bereikt dankzij het feit dat het tot expressie wordt gebracht op het oppervlak van deze cellen door te functioneren als een plasminogeenreceptor. Dit laatste is het zymogeen van een serineprotease, bekend als plasmine, dat deel uitmaakt van het fibrinolytische systeem en werkt door extracellulaire matrixeiwitten af ​​te breken.

Daarom is enolase tot expressie gebracht in het oppervlak een strategie die deze cellen hebben verworven om infectie vast te stellen en met succes te verspreiden.

Deze strategie bestaat uit twee processen:

- Ontduiking van het immuunsysteem van de gastheer. Omdat deze cellen zijn bedekt met het eigen eiwit van een gastheer, worden ze genegeerd door de cellen van het immuunsysteem die niet-eigen eiwitten herkennen die zijn geassocieerd met pathogenen.

- Verspreiding na activering van plasminogeen in plasmine. Wiens deelname aan de afbraak van extracellulaire matrixeiwitten de snelle en effectieve verspreiding mogelijk maakt.

Referenties

1. Avilan L, Gualdron-Lopez M, Quiñones W, González-González L, Hannaert V, Michels PAA, Concepción JL. Enolase: een belangrijke speler in het metabolisme en een waarschijnlijke virulentiefactor van trypanosomatide parasieten-perspectieven voor het gebruik ervan als een therapeutisch doelwit. Enzyme Research. 2011 vol. Artikel ID932549, 14 pagina's.
2. Bhowmick I, Kumar N, Sharma S, Coppens I, Jarori GK, Plasmodium falciparum enolase: stadiumspecifieke expressie en subcellulaire lokalisatie. Malaria Journal. 2009; 8 (1). artikel 179.
3. Dag I, Peshavaria M, Quinn GB, een differentiële moleculaire klok in de evolutie van enolase-isoproteïne. 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. Klonen en karakterisering van een plasminogeenbindende oppervlakte-geassocieerde enolase van Schistosoma bovis. Veterinaire parasitologie. 2010; 173: 73-84.
5. Dinovo EC, Boyer PD. Isotopische sondes van het enolase-reactiemechanisme. Initiële en evenwichtsisotopenwisselkoersen: primaire en secundaire isotoopeffecten. J Biol Chem.1971; 246 (14): 4586-4593.
6. Kaberdin VR, Lin-Chao S, Ontrafelen van nieuwe rollen voor kleine componenten van het E. coli RNA-degradosoom. RNA Biology. 2009; 6 (4): 402-405.
7. Keller A, Peltzer J, Carpentier G.Interacties van enolase-isovormen met tubuline en microtubuli tijdens myogenese. Biochimica et Biophysica Acta.2007; 1770 (6): 919-926.
8. Lung J, Liu KJ, Chang JY, Leu SJ, Shih NY. MBP-1 wordt efficiënt gecodeerd door een alternatief transcript van het ENO1-gen, maar wordt posttranslationeel gereguleerd door proteasoomafhankelijke eiwitomzet. FEBS Journal. 2010; 277 (20): 4308-4321.
9. Pancholi V. Multifunctioneel α-enolase: zijn rol bij ziekten. Cellulaire en moleculaire levenswetenschappen. 2001; 58 (7): 902-920.
10. Poyner RR, Cleland WW, Reed GH. De rol van metaalionen bij katalyse door enolase. Een geordend kinetisch mechanisme voor een enkel substraat-enzym. Biochemie. 2001; 40: 9008-8017.
11. Segovia-Gamboa NC, Chávez-Munguía B, Medina-Flores A, Entamoeba invadens, encystation-proces en enolase. Experimentele parasitologie. 2010; 125 (2): 63-69.
12. Tanaka M, Sugisaki K, Nakashima K, Omschakeling in niveaus van vertaalbare mRNA's voor enolase-isozymen tijdens de ontwikkeling van skeletspieren van kippen. Biochemische en biofysische onderzoekscommunicatie. 1985; 133 (3): 868-872.