ENOLASA: ESTRUCTURA, MECANISME D'ACCIÓ, FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

La enolasa és l'enzim encarregat de dur a terme la conversió de D-2-fosfoglicerat (2PGA) en fosfoenolpiruvat (PEP) en la glicòlisi i la reacció reversa en la gluconeogènesi, dues rutes metabòliques que formen part de l'metabolisme energètic cel·lular.

La decisió de catalitzar aquesta reacció en una o altra direcció depèn de l'accés que tingui la cèl·lula a la glucosa. És a dir, de les necessitats que tingui d'adaptar el seu metabolisme a la degradació o la síntesi a fi d'obtenir energia. Indispensable per a la realització dels seus processos vitals.

Estructura tridimensional de la enolasa. By Jawahar Swaminathan and MSD staff at the European Bioinformatics Institute, from Wikimedia Commons.

Atès que les dues rutes metabòliques pertanyen a centre de l'arbre metabòlic central dels éssers vius, no resulta estrany que la seqüència d'aminoàcids d'aquesta proteïna es trobi conservada en archaeas, bacteris i eucariotes. I per tant de que presenti propietats catalítiques similars.

La localització de la enolasa en la cèl·lula es limita a l'citosol, compartiment en el qual tenen lloc tant la glicòlisi (anomenada també glucòlisi) com la gluconeogènesi en la majoria dels organismes.

No obstant, ha estat també detectada en altres compartiments cel·lulars com ara membrana plasmàtica de molts patògens i cèl·lules canceroses. Allà, sembla estar involucrada amb la facilitació de processos de disseminació mòbil, una funció totalment diferent a la seva funció clàssica.

Els enzims capaços de realitzar més d'una funció, tal com ho fa la enolasa, són conegudes com enzims moonlighting.

estructura

L'estructura quaternària de la enolasa unida o no als seus lligands ha estat determinada en un gran nombre d'individus procariotes i eucariotes.

Cada monòmer presenta dos dominis: un petit domini amino-terminal i un domini carboxil-terminal de major grandària. El domini N-terminal es troba integrat per tres hèlixs α-quatre làmines β. Mentre que, el C-terminal es compon de vuit làmines β que s'alternen entre elles formant un β-barril que es troba envoltat per vuit hèlixs α.

A més, dos llocs d'unió per cations divalents es troben en cada monòmer els quals s'han denominats "lloc conformacional" i "lloc catalític". El primer, és poc selectiu i pot unir una gran varietat de cations divalents en absència de substrat.

Mentre que, el segon s'uneix als ions després que el substrat s'ha unit a l'enzim. La unió d'ions a tots dos llocs és vital perquè la reacció pugui procedir.

Finalment, és important esmentar que en els homodímers, els monòmers s'uneixen mantenint una orientació paral·lela. Per tant, el lloc actiu queda limitat a la regió central formada per aquesta unió.

No obstant això, en la catàlisi només participen residus d'un sol dels dos monòmers. Això explica que la capacitat dels monòmers de dur a terme la reacció sota condicions experimentals.

Mecanisme d'acció

Mecanisme d'acció emprat per l'enzim enolasa. By Kthompson08 en English Wikipedia, from Wikimedia Commons.

Els estudis estructurals, així com aquells que han permès determinar les característiques cinètiques i fisicoquímiques de la enolasa, han permès entendre el seu mecanisme d'acció.

La manera en què l'enzim porta a terme la catàlisi de la reacció resulta força interessant. Tot i que, un sol substrat es troba involucrat, un mecanisme seqüencial ordenat és el que s'ha proposat.

Aquest comença amb la unió d'un ió de Mg2 + a el lloc conformacional d'un dels monòmers. Continua amb la unió de l'substrat a el lloc actiu seguida de la unió d'un segon ió a el lloc catalític i conclou amb el ràpid alliberament el producte una vegada que ha estat portada a terme la reacció. En aquest punt, el Mg2 + roman unit a el lloc conformacional.

En aquesta mateixa línia, per afavorir la realització de la reacció l'enzim mitjana en primera instància la generació d'un intermediari carbanió, eliminant un protó de l'carboni 2 de l'2PGA. Això ho fa gràcies a l'acció d'un residu aminoacídic bàsic.

Seqüencialment, té lloc l'eliminació de l'hidroxil de l'carboni 3 per l'acció d'un residu àcid de l'enzim. En aquest punt, es porta a terme la unió de tots dos carbonis mitjançant un doble enllaç formant PEP. D'aquesta manera es dóna per culminada la reacció.

funcions

Moltes de les enzims fins ara estudiades són capaços de realitzar una gran varietat de funcions no relacionades al seu "funció clàssica" en compartiments cel·lulars diferents. Aquests enzims han estat denominades com enzims «moonlighting».

En aquest sentit, la enolasa pot ser considerada com un enzim moonlighting, ja que nombroses funcions oposades a la seva funció clàssica li han estat fins a la data atribuïdes tant en bacteris com en eucariotes.

Algunes d'aquestes funcions són les següents:

- Participa en el manteniment de la forma cel·lular així com en el tràfic vesicular a l'interactuar amb proteïnes de l'citoesquelet.

- Al nucli de les cèl·lules de mamífer actua com a factor de transcripció que regula l'expressió de gens associats amb la proliferació cel·lular. Coopera en el manteniment de l'estabilitat dels ARNm al degradosoma en bacteris.

- En els patògens, com ara Streptococcus pneumoniae i Trypanosoma cruzi, sembla que actua com un important factor de virulència.

- També s'ha trobat que en Streptococcus pyogenes, l'enolasa s'excreta a l'medi extracel·lular facilitant la degradació de teixits i l'evasió de el sistema immune en l'hoste.

- A la superfície de cèl·lules tumorals és expressada potenciant la metàstasi.

La enolasa i la seva relació amb els mecanismes de disseminació cel·lular

Nombrosos patògens, així com cèl·lules tumorals, expressen en la seva membrana o excreten a l'medi extracel·lular proteases capaços de degradar proteïnes de la matriu extracel·lular.

Aquesta capacitat li permet a aquestes cèl·lules obrir-se pas entre els teixits i disseminar ràpidament al llarg de tot l'organisme hoste. Afavorint d'aquesta manera l'evasió de el sistema immune i per tant, l'establiment de la infecció.

Tot i que la enolasa manca d'activitat proteasa, participa en el procés de disseminació de molts patogenos en el seu hoste així com de cèl·lules tumorals durant la metastasis.

Això ho aconsegueix gràcies a que s'expressa en la superfície d'aquestes cèl·lules funcionant com a receptor de plasminogen. Aquest últim, és el zimógeno d'una serin-proteasa coneguda com plasmina que forma part de el sistema fibrinolític i actua degradant proteïnes de matriu extracel·lular.

Per tant, la enolasa expressada a la superfície és una estratègia que han adquirit aquestes cèl·lules per establir la infecció i disseminar de manera reeixida.

Aquesta estratègia consisteix de dos processos:

- L'evasió de el sistema immune de l'hoste. Ja que, a l'recobrir aquestes cèl·lules d'una proteïna pròpia de l'hoste són ignorades per les cèl·lules de el sistema immune que reconeixen proteïnes no pròpies associades a patògens.

- La disseminació post-activació de l'plasminogen en plasmina. La participació en la degradació de proteïnes de matriu extracel·lular, facilita llavors la ràpida i efectiva disseminació.

referències

1. Avilan L, Gualdrón-Lopez M, Quiñones W, González-González L, Hannaert V, Michels PAA, Concepció JL. Enolase: a key player in the metabolism and a probable virulence factor of tripanosomàtid Parasites-perspectives for its use as a therapeutic target. Enzyme Research. 2011 vol. Article ID932549, 14 pages.
2. Bhowmick I, Kumar N, Sharma S, Coppens I, Jarori GK, Plasmodium falciparum enolase: stage-specific expression and sub-cellular localization. Malària Journal. 2009; 8 (1). article 179.
3. Day I, Peshavaria M, Quinn GB, A differential molecular clock in enolase isoprotein evolution. 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. Cloning and characterization of a plasminogen-binding surface-associated enolase from Schistosoma bovis. Veterinary Parasitology. 2010; 173: 73-84.
5. DINOVO EC, Boyer PD. Isotopic probes of the enolase reaction mechanism. Initial and equilibrium Isotope exchange rates: primary and secondary Isotope effects. J Biol Chem. 1971; 246 (14): 4586-4593.
6. Kaberdin VR, Lin-Chao S, Unraveling new rols for minor components of the E. coli RNA degradosome. RNA Biology. 2009; 6 (4): 402-405.
7. Keller A, Peltzer J, Carpentier G. Interactions of enolase isoforms with tubulin and microtubules during myogenesis. Biochimica et Biophysica acta. 2007; 1770 (6): 919-926.
8. Lung J, Liu KJ, Chang JI, Leu SJ, Shih NY. MBP-1 is efficiently encoded by an alternative transcript of the ENO1 gene but post-translationally regulated by proteasome-dependent protein turnover. FEBS Journal. 2010; 277 (20): 4308-4321.
9. Pancholi V. Multifunctional α-enolase: its role in diseases. Cellular and Molecular Life Sciences. 2001; 58 (7): 902-920.
10. Poyner RR, Cleland WW, Reed GH. Rol dels metall ions in catalysis by enolase. An ordered kinetic mechanism for a single substrate enzyme. Bioquímica. 2001; 40: 9008-8017.
11. Segòvia-Gamboa NC, Chávez-Munguía B, Medina-Flors A, Entamoeba invadens, encystation process and enolase. Experimental Parasitology. 2010; 125 (2): 63-69.
12. Tanaka M, Sugisaki K, Nakashima K, Switching in levels of translatable mRNAs for enolase isozymes during development of chicken skeletal muscle. Biochemical and Biophysical Research Communications. 1985; 133 (3): 868-872.