ENOLASE: STRUKTUR, WIRKMECHANISMUS, FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Die Enolase ist das Enzym, das für die Umwandlung von D-2-Phosphoglycerat (2PGA) -Phosphoenolpyruvat (PEP) bei der Glykolyse und der Glukoneogenese-Rückreaktion verantwortlich ist. Zwei Stoffwechselwege sind Teil des zellulären Energiestoffwechsels.

Die Entscheidung, diese Reaktion in die eine oder andere Richtung zu katalysieren, hängt vom Zugang der Zelle zu Glukose ab. Das heißt, von den Bedürfnissen müssen Sie Ihren Stoffwechsel an Abbau oder Synthese anpassen, um Energie zu gewinnen. Unverzichtbar für die Realisierung ihrer lebenswichtigen Prozesse.

Dreidimensionale Struktur von Enolase. Von Jawahar Swaminathan und MSD-Mitarbeitern des European Bioinformatics Institute von Wikimedia Commons.

Angesichts der Tatsache, dass beide Stoffwechselwege zum Zentrum des zentralen Stoffwechselbaums von Lebewesen gehören, ist es nicht überraschend, dass die Aminosäuresequenz dieses Proteins in Archaeen, Bakterien und Eukaryoten konserviert ist. Und deshalb hat es ähnliche katalytische Eigenschaften.

Die Lokalisierung der Enolase in der Zelle ist auf das Cytosol beschränkt, ein Kompartiment, in dem in den meisten Organismen sowohl Glykolyse (auch Glykolyse genannt) als auch Glukoneogenese stattfinden.

Es wurde jedoch auch in anderen Zellkompartimenten wie der Plasmamembran vieler Krankheitserreger und Krebszellen nachgewiesen. Dort scheint es an der Erleichterung von Zellverbreitungsprozessen beteiligt zu sein, eine Funktion, die sich von seiner klassischen Funktion völlig unterscheidet.

Enzyme, die mehr als eine Funktion erfüllen können, wie Enolase, werden als Mondscheinenzyme bezeichnet.

Struktur

Die quaternäre Struktur der an ihre Liganden gebundenen oder nicht gebundenen Enolase wurde bei einer großen Anzahl von prokaryotischen und eukaryotischen Individuen bestimmt.

Jedes Monomer hat zwei Domänen: eine kleine aminoterminale Domäne und eine größere carboxylterminale Domäne. Die N-terminale Domäne besteht aus drei α-Helices und vier β-Faltblättern. Während der C-Terminus aus acht β-Faltblättern besteht, die sich zwischen ihnen abwechseln und einen β-Zylinder bilden, der von acht α-Helices umgeben ist.

Weiterhin werden auf jedem Monomer zwei Bindungsstellen für zweiwertige Kationen gefunden, die als "Konformationsstelle" und "katalytische Stelle" bezeichnet wurden. Das erste ist nicht sehr selektiv und kann in Abwesenheit eines Substrats eine Vielzahl von zweiwertigen Kationen binden.

Während die zweite an Ionen bindet, nachdem das Substrat an das Enzym gebunden hat. Die Bindung von Ionen an beide Stellen ist entscheidend für den Fortgang der Reaktion.

Schließlich ist zu erwähnen, dass bei Homodimeren die Monomere unter Beibehaltung einer parallelen Orientierung verbunden sind. Daher ist das aktive Zentrum auf den zentralen Bereich beschränkt, der durch die Verbindung gebildet wird.

An der Katalyse sind jedoch nur Reste eines der beiden Monomere beteiligt. Dies erklärt die Fähigkeit von Monomeren, die Reaktion unter experimentellen Bedingungen durchzuführen.

Wirkmechanismus

Wirkmechanismus des Enzyms Enolase. Von Kthompson08 bei English Wikipedia, von Wikimedia Commons.

Strukturelle Studien sowie solche, die es ermöglicht haben, die kinetischen und physikochemischen Eigenschaften von Enolase zu bestimmen, haben es möglich gemacht, ihren Wirkungsmechanismus zu verstehen.

Die Art und Weise, wie das Enzym die Reaktion katalysiert, ist sehr interessant. Obwohl nur ein Substrat beteiligt ist, wurde ein geordneter sequentieller Mechanismus vorgeschlagen.

Dies beginnt mit der Bindung eines Mg2 + -Ions an die Konformationsstelle eines der Monomere. Es setzt sich mit der Bindung des Substrats an das aktive Zentrum fort, gefolgt von der Bindung eines zweiten Ions an das katalytische Zentrum, und endet mit der sofortigen Freisetzung des Produkts, sobald die Reaktion durchgeführt wurde. Zu diesem Zeitpunkt bleibt das Mg2 + an der Konformationsstelle gebunden.

In diesem Sinne vermittelt das Enzym zur Förderung der Reaktion zunächst die Erzeugung eines Carbanion-Zwischenprodukts, wobei ein Proton aus Kohlenstoff 2 von 2PGA eliminiert wird. Dies geschieht dank der Wirkung eines basischen Aminosäurerests.

Nacheinander erfolgt die Entfernung der Hydroxylgruppe von Kohlenstoff 3 durch die Einwirkung eines Säurerests des Enzyms. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt die Vereinigung beider Kohlenstoffe mittels einer Doppelbindung, die PEP bildet. Auf diese Weise wird die Reaktion beendet.

Eigenschaften

Viele der bisher untersuchten Enzyme sind in der Lage, eine Vielzahl von Funktionen auszuführen, die nicht mit ihrer "klassischen Funktion" in verschiedenen Zellkompartimenten zusammenhängen. Diese Enzyme wurden als "Mondlicht" -Enzyme bezeichnet.

In diesem Sinne kann Enolase als Mondlichtenzym betrachtet werden, da ihr bisher sowohl bei Bakterien als auch bei Eukaryoten zahlreiche Funktionen zugeschrieben wurden, die ihrer klassischen Funktion entgegengesetzt sind.

Einige dieser Funktionen sind wie folgt:

- Beteiligt sich an der Aufrechterhaltung der Zellform sowie am vesikulären Verkehr durch Interaktion mit Proteinen des Zytoskeletts.

- Im Zellkern von Säugetierzellen wirkt es als Transkriptionsfaktor, der die Expression von Genen reguliert, die mit der Zellproliferation assoziiert sind. Es wirkt bei der Aufrechterhaltung der Stabilität von mRNAs im Degradosom in Bakterien zusammen.

- Bei Krankheitserregern wie Streptococcus pneumoniae und Trypanosoma cruzi scheint es als wichtiger Virulenzfaktor zu wirken.

- Es wurde auch festgestellt, dass bei Streptococcus pyogenes Enolase in die extrazelluläre Umgebung ausgeschieden wird, was den Gewebeabbau und die Umgehung des Immunsystems im Wirt erleichtert.

- Es wird auf der Oberfläche von Tumorzellen exprimiert und verstärkt die Metastasierung.

Eolase und ihre Beziehung zu den Mechanismen der Zellverbreitung

Viele Krankheitserreger sowie Tumorzellen exprimieren in ihrer Membran oder scheiden Proteasen aus, die extrazelluläre Matrixproteine ​​in die extrazelluläre Umgebung abbauen können.

Diese Fähigkeit ermöglicht es diesen Zellen, Gewebe zu durchbrechen und sich schnell im Wirtsorganismus auszubreiten. Auf diese Weise wird die Umgehung des Immunsystems und damit die Entstehung der Infektion gefördert.

Obwohl der Enolase die Proteaseaktivität fehlt, ist sie während der Metastasierung am Verbreitungsprozess vieler Krankheitserreger in ihrem Wirt sowie an Tumorzellen beteiligt.

Dies wird durch die Tatsache erreicht, dass es auf der Oberfläche dieser Zellen als Plasminogenrezeptor exprimiert wird. Letzteres ist das Zymogen einer als Plasmin bekannten Serinprotease, die Teil des fibrinolytischen Systems ist und durch Abbau extrazellulärer Matrixproteine ​​wirkt.

Daher ist oberflächenexprimierte Enolase eine Strategie, die diese Zellen erworben haben, um eine Infektion zu etablieren und sich erfolgreich zu verbreiten.

Diese Strategie besteht aus zwei Prozessen:

- Umgehung des Immunsystems des Wirts. Da diese Zellen mit dem eigenen Protein eines Wirts beschichtet sind, werden sie von den Zellen des Immunsystems ignoriert, die nicht eigene Proteine ​​erkennen, die mit Krankheitserregern assoziiert sind.

- Verbreitung von Plasminogen in Plasmin nach Aktivierung. Dessen Beteiligung am Abbau extrazellulärer Matrixproteine ​​erleichtert dann die schnelle und effektive Verbreitung.

Verweise

1. Avilan L., Gualdron-Lopez M., Quiñones W., González-González L., Hannaert V., Michels PAA, Concepción JL. Enolase: ein Schlüsselakteur im Stoffwechsel und ein wahrscheinlicher Virulenzfaktor von Trypanosomatid-Parasiten-Perspektiven für seine Verwendung als therapeutisches Ziel. Enzymforschung. 2011 vol. Artikel ID932549, 14 Seiten.
2. Bhowmick I, Kumar N., Sharma S., Coppens I., Jarori GK, Plasmodium falciparum-Enolase: stadienspezifische Expression und subzelluläre Lokalisation. Malaria Journal. 2009; 8 (1). Artikel 179.
3. Tag I, Peshavaria M, Quinn GB, Eine differentielle molekulare Uhr in der Enolase-Isoprotein-Evolution. Journal of Molecular Evolution. 1993; 36 (6): 599 & ndash; 601.
4. de la Torre-Escudero E., Manzano-Román R., Pérez-Sánchez R., Siles-Lucas M., Oleaga A. Klonierung und Charakterisierung einer plasminogenbindenden oberflächenassoziierten Enolase aus Schistosoma bovis. Veterinärparasitologie. 2010; 173: 73 & ndash; 84.
5. Dinovo EC, Boyer PD. Isotopensonden des Enolase-Reaktionsmechanismus. Wechselkurse für Anfangs- und Gleichgewichtsisotope: primäre und sekundäre Isotopeneffekte. J Biol Chem. 1971; 246 (14): 4586 & ndash; 4593.
6. Kaberdin VR, Lin-Chao S, Entschlüsselung neuer Rollen für Nebenkomponenten des E. coli-RNA-Degradosoms. RNA Biology. 2009; 6 (4): 402 & ndash; 405.
7. Keller A, Peltzer J, Carpentier G. Wechselwirkungen von Enolase-Isoformen mit Tubulin und Mikrotubuli während der Myogenese. Biochimica et Biophysica Acta. 2007; 1770 (6): 919 & ndash; 926.
8. Lunge J, Liu KJ, Chang JY, Leu SJ, Shih NY. MBP-1 wird effizient durch ein alternatives Transkript des ENO1-Gens codiert, jedoch posttranslational durch den proteasomabhängigen Proteinumsatz reguliert. FEBS Journal. 2010; 277 (20): 4308 & ndash; 4321.
9. Pancholi V. Multifunktionelle α-Enolase: ihre Rolle bei Krankheiten. Zelluläre und molekulare Biowissenschaften. 2001; 58 (7): 902 & ndash; 920.
10. Poyner RR, Cleland WW, Reed GH. Rolle von Metallionen bei der Katalyse durch Enolase. Ein geordneter kinetischer Mechanismus für ein einzelnes Substratenzym. Biochemie. 2001; 40: 9008 & ndash; 8017.
11. Segovia-Gamboa NC, Chávez-Munguía B, Medina-Flores A, Entamoeba invadens, Enzystationsprozess und Enolase. Experimentelle Parasitologie. 2010; 125 (2): 63 & ndash; 69.
12. Tanaka M, Sugisaki K, Nakashima K, Umschaltung der Spiegel translatierbarer mRNAs für Enolase-Isozyme während der Entwicklung des Hühnerskelettmuskels. Biochemische und biophysikalische Forschungskommunikation. 1985; 133 (3): 868 & ndash; 872.