ENOLASE: CẤU TRÚC, CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2025

Các enolase là enzyme chịu trách nhiệm thực hiện việc chuyển đổi D-2-phosphoglycerate phản ứng ngược (2PGA) phosphoenolpyruvate (PEP) trong glycolysis và gluconeogenesis, hai con đường trao đổi chất là một phần của quá trình chuyển hóa năng lượng của tế bào.

Quyết định xúc tác phản ứng này theo hướng này hay hướng khác phụ thuộc vào khả năng tiếp cận glucose của tế bào. Đó là, những nhu cầu bạn phải thích ứng với quá trình trao đổi chất của mình với sự suy thoái hoặc tổng hợp để có được năng lượng. Không thể thiếu để thực hiện các quá trình quan trọng của họ.

Cấu trúc ba chiều của Enolase. Bởi Jawahar Swaminathan và nhân viên MSD tại Viện Tin học Sinh học Châu Âu, từ Wikimedia Commons.

Cho rằng cả hai con đường trao đổi chất đều thuộc về trung tâm của cây trao đổi chất trung tâm của sinh vật, không có gì ngạc nhiên khi trình tự axit amin của protein này được bảo tồn trong vi khuẩn cổ, vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn. Và do đó nó có tính chất xúc tác tương tự.

Sự định vị của enolase trong tế bào được giới hạn trong tế bào, một ngăn trong đó cả quá trình đường phân (còn gọi là đường phân) và tạo gluconeogenesis đều diễn ra ở hầu hết các sinh vật.

Tuy nhiên, nó cũng đã được phát hiện trong các ngăn tế bào khác như màng sinh chất của nhiều mầm bệnh và tế bào ung thư. Ở đó, nó dường như liên quan đến việc thúc đẩy quá trình phân tán tế bào, một chức năng hoàn toàn khác với chức năng cổ điển của nó.

Các enzym có khả năng thực hiện nhiều hơn một chức năng, chẳng hạn như enolase, được gọi là enzym chiếu trăng.

Kết cấu

Cấu trúc bậc bốn của enolase có liên kết hay không với các phối tử của nó đã được xác định trong một số lượng lớn các cá thể nhân sơ và nhân thực.

Mỗi đơn phân có hai miền: miền đầu cuối amin nhỏ và miền đầu tận cùng cacboxyl lớn hơn. Miền đầu cuối N được tạo thành từ ba xoắn α và bốn tấm β. Trong khi đó, đầu cuối C bao gồm tám tấm β xen kẽ giữa chúng tạo thành một thùng β được bao quanh bởi tám vòng xoắn α.

Hơn nữa, hai vị trí liên kết cho các cation hóa trị hai được tìm thấy trên mỗi monome đã được gọi là "vị trí tuân thủ" và "vị trí xúc tác". Loại thứ nhất không có tính chọn lọc cao và có thể liên kết với nhiều loại cation hóa trị hai khi không có chất nền.

Trong khi, chất thứ hai liên kết với các ion sau khi cơ chất đã liên kết với enzym. Sự liên kết của các ion với cả hai vị trí là rất quan trọng để phản ứng tiếp tục.

Cuối cùng, điều quan trọng cần đề cập là trong homodimers, các monome được nối với nhau để duy trì một hướng song song. Do đó, địa điểm hoạt động được giới hạn ở khu vực trung tâm được hình thành bởi ngã ba nói trên.

Tuy nhiên, chỉ có dư một trong hai monome tham gia xúc tác. Điều này giải thích khả năng thực hiện phản ứng của monome trong điều kiện thí nghiệm.

Cơ chế hoạt động

Cơ chế hoạt động của enzyme Enolase. Bởi Kthompson08 tại Wikipedia tiếng Anh, từ Wikimedia Commons.

Các nghiên cứu về cấu trúc, cũng như những nghiên cứu giúp xác định được các đặc điểm động học và hóa lý của enolase, đã giúp chúng ta có thể hiểu được cơ chế hoạt động của nó.

Cách thức mà enzyme xúc tác phản ứng khá thú vị. Mặc dù chỉ có một chất nền tham gia, một cơ chế tuần tự có thứ tự là những gì đã được đề xuất.

Điều này bắt đầu bằng sự liên kết của ion Mg2 + với vị trí cấu tạo của một trong các monome. Nó tiếp tục với sự liên kết của cơ chất với vị trí hoạt động, tiếp theo là liên kết của ion thứ hai với vị trí xúc tác và kết thúc với sự giải phóng sản phẩm nhanh chóng khi phản ứng đã được thực hiện. Tại thời điểm này, Mg2 + vẫn còn bám vào vị trí tuân thủ.

Trên cùng một đường thẳng, để thúc đẩy phản ứng, trước tiên, enzyme làm trung gian tạo ra chất trung gian carbanion, loại bỏ một proton khỏi carbon 2 của 2PGA. Nó làm được điều này nhờ vào hoạt động của dư lượng axit amin cơ bản.

Tuần tự, quá trình loại bỏ hydroxyl của cacbon 3 xảy ra do tác dụng của dư lượng axit của enzym. Tại thời điểm này, sự liên kết của cả hai nguyên tử được thực hiện nhờ một liên kết đôi tạo thành PEP. Bằng cách này, phản ứng được kết thúc.

Đặc trưng

Nhiều enzym được nghiên cứu cho đến nay có khả năng thực hiện nhiều chức năng khác nhau không liên quan đến "chức năng cổ điển" của chúng trong các ngăn tế bào khác nhau. Các enzym này được gọi là enzym "ánh sáng mặt trăng".

Theo nghĩa này, enolase có thể được coi là một enzyme chiếu sáng mặt trăng, vì nhiều chức năng trái ngược với chức năng cổ điển của nó đã được gán cho nó cho đến nay ở cả vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn.

Một số chức năng này như sau:

- Tham gia vào quá trình duy trì hình dạng tế bào cũng như trong quá trình lưu thông mụn nước bằng cách tương tác với các protein tế bào.

- Trong nhân tế bào động vật có vú, nó đóng vai trò là nhân tố phiên mã quy định sự biểu hiện của các gen liên quan đến quá trình sinh sản của tế bào. Nó hợp tác trong việc duy trì sự ổn định của mRNA trong thoái hóa chất ở vi khuẩn.

- Ở các mầm bệnh, chẳng hạn như Streptococcus pneumoniae và Trypanosoma cruzi, nó dường như hoạt động như một yếu tố độc lực quan trọng.

- Người ta cũng nhận thấy rằng ở Streptococcus pyogenes, enolase được bài tiết ra môi trường ngoại bào, tạo điều kiện cho sự thoái hóa mô và trốn tránh hệ miễn dịch ở vật chủ.

- Nó được biểu hiện trên bề mặt của tế bào khối u, tăng cường khả năng di căn.

Eolase và mối quan hệ của nó với các cơ chế phân tán tế bào

Nhiều tác nhân gây bệnh, cũng như các tế bào khối u, biểu hiện trong màng của chúng hoặc bài tiết các protease có khả năng phân hủy protein nền ngoại bào vào môi trường ngoại bào.

Khả năng này cho phép các tế bào này phá vỡ các mô và lây lan nhanh chóng khắp cơ thể vật chủ. Bằng cách này, thúc đẩy sự trốn tránh của hệ thống miễn dịch và do đó, sự hình thành của nhiễm trùng.

Mặc dù enolase thiếu hoạt tính của protease, nhưng nó tham gia vào quá trình phát tán nhiều mầm bệnh trong vật chủ cũng như các tế bào khối u trong quá trình di căn.

Điều này đạt được nhờ vào thực tế là nó được biểu hiện trên bề mặt của các tế bào này bằng cách hoạt động như một thụ thể plasminogen. Loại thứ hai là zymogen của một serine protease được gọi là plasmin, là một phần của hệ thống tiêu sợi huyết và hoạt động bằng cách phân hủy protein nền ngoại bào.

Do đó, enolase biểu hiện trên bề mặt là một chiến lược mà các tế bào này có được để thiết lập sự lây nhiễm và lây lan thành công.

Chiến lược này bao gồm hai quy trình:

- Lẩn tránh hệ thống miễn dịch của vật chủ. Vì các tế bào này được phủ một lớp protein riêng của vật chủ, chúng bị bỏ qua bởi các tế bào của hệ thống miễn dịch, nơi nhận ra các protein không phải của chính mình có liên quan đến mầm bệnh.

- Sự phổ biến sau hoạt hóa plasminogen trong plasmin. Sự tham gia của ai vào quá trình phân hủy protein nền ngoại bào, sau đó tạo điều kiện cho sự phân tán nhanh chóng và hiệu quả.

Người giới thiệu

1. Avilan L, Gualdron-Lopez M, Quiñones W, González-González L, Hannaert V, Michels PAA, Concepción JL. Enolase: một nhân tố quan trọng trong quá trình trao đổi chất và là một yếu tố độc lực có thể xảy ra của ký sinh trùng trypanosomatid để sử dụng nó như một mục tiêu điều trị. Nghiên cứu Enzyme. 2011 tập. Bài viết ID932549, 14 trang.
2. Bhowmick I, Kumar N, Sharma S, Coppens I, Jarori GK, Plasmodium falciparum enolase: biểu hiện cụ thể theo giai đoạn và bản địa hóa dưới tế bào. Tạp chí Sốt rét. Năm 2009; 8 (1). Điều 179.
3. Ngày I, Peshavaria M, Quinn GB, Đồng hồ phân tử khác biệt trong quá trình tiến hóa isoprotein enolase. Tạp chí Tiến hóa Phân tử. Năm 1993; 36 (6): 599-601.
4. de la Torre-Escudero E, Manzano-Román R, Pérez-Sánchez R, Siles-Lucas M, Oleaga A. Nhân bản và mô tả đặc tính của enolase liên kết bề mặt với plasminogen từ Schistosoma bovis. Thú y ký sinh trùng. Năm 2010; 173: 73-84.
5. Dinovo EC, Boyer PD. Các đầu dò đồng vị của cơ chế phản ứng enolase. Tỷ giá trao đổi đồng vị ban đầu và cân bằng: hiệu ứng đồng vị sơ cấp và thứ cấp. J Biol Chem. 1971; 246 (14): 4586-4593.
6. Kaberdin VR, Lin-Chao S, Làm sáng tỏ vai trò mới đối với các thành phần nhỏ của ARN E. coli. Sinh học RNA. Năm 2009; 6 (4): 402-405.
7. Keller A, Peltzer J, Carpentier G. Tương tác của đồng dạng enolase với tubulin và các vi ống trong quá trình tạo cơ. Biochimica et Biophysica Acta.2007; 1770 (6): 919-926.
8. Lung J, Liu KJ, Chang JY, Leu SJ, Shih NY. MBP-1 được mã hóa một cách hiệu quả bởi một bản sao thay thế của gen ENO1 nhưng được điều chỉnh sau dịch mã bởi sự luân chuyển protein phụ thuộc vào proteasome. Tạp chí FEBS. Năm 2010; 277 (20): 4308-4321.
9. Pancholi V. α-enolase đa chức năng: vai trò của nó đối với bệnh tật. Khoa học Sự sống Tế bào và Phân tử. Năm 2001; 58 (7): 902-920.
10. Poyner RR, Cleland WW, Reed GH. Vai trò của ion kim loại trong xúc tác bởi enolase. Một cơ chế động học có trật tự của một enzym cơ chất. Hóa sinh. Năm 2001; 40: 9008-8017.
11. Segovia-Gamboa NC, Chávez-Munguía B, Medina-Flores A, Entamoeba xâm nhập, quá trình encystation và enolase. Ký sinh trùng thực nghiệm. Năm 2010; 125 (2): 63-69.
12. Tanaka M, Sugisaki K, Nakashima K, Chuyển đổi mức độ mRNA có thể dịch chuyển thành isozyme enolase trong quá trình phát triển cơ xương gà. Truyền thông Nghiên cứu Hóa sinh và Lý sinh. Năm 1985; 133 (3): 868-872.