ENOLASI: STRUTTURA, MECCANISMO D'AZIONE, FUNZIONI - BIOLOGIA - 2024

L' enolasi è l'enzima responsabile della conversione del fosfoenolpiruvato (PEP) D-2-fosfoglicerato (2PGA) nella glicolisi e nella reazione inversa della gluconeogenesi, due vie metaboliche fanno parte del metabolismo energetico cellulare.

La decisione di catalizzare questa reazione in una direzione o nell'altra dipende dall'accesso della cellula al glucosio. Cioè, dei bisogni che devi adattare il tuo metabolismo alla degradazione o alla sintesi per ottenere energia. Indispensabili per lo svolgimento dei loro processi vitali.

Struttura tridimensionale di Enolase. Di Jawahar Swaminathan e del personale MSD dell'European Bioinformatics Institute, da Wikimedia Commons.

Dato che entrambe le vie metaboliche appartengono al centro dell'albero metabolico centrale degli esseri viventi, non sorprende che la sequenza amminoacidica di questa proteina sia conservata in archaea, batteri ed eucarioti. E quindi che ha proprietà catalitiche simili.

La localizzazione dell'enolasi nella cellula è limitata al citosol, un compartimento in cui avvengono sia la glicolisi (chiamata anche glicolisi) che la gluconeogenesi nella maggior parte degli organismi.

Tuttavia, è stato rilevato anche in altri compartimenti cellulari come la membrana plasmatica di molti agenti patogeni e cellule tumorali. Lì, sembra essere coinvolto nella facilitazione dei processi di disseminazione cellulare, una funzione totalmente diversa dalla sua funzione classica.

Gli enzimi in grado di svolgere più di una funzione, come l'enolasi, sono noti come enzimi del chiaro di luna.

Struttura

La struttura quaternaria dell'enolasi legata o meno ai suoi ligandi è stata determinata in un gran numero di individui procarioti ed eucarioti.

Ogni monomero ha due domini: un piccolo dominio ammino-terminale e un più grande dominio carbossilico-terminale. Il dominio N-terminale è costituito da tre eliche α e quattro fogli β. Considerando che, il C-terminale è composto da otto fogli β che si alternano tra loro formando un β-barile circondato da otto eliche α.

Inoltre, su ciascun monomero si trovano due siti di legame per cationi bivalenti che sono stati definiti "sito conformazionale" e "sito catalitico". Il primo non è molto selettivo e può legare una grande varietà di cationi bivalenti in assenza di un substrato.

Mentre, il secondo si lega agli ioni dopo che il substrato si è legato all'enzima. Il legame degli ioni a entrambi i siti è vitale affinché la reazione proceda.

Infine, è importante ricordare che negli omodimeri, i monomeri vengono uniti mantenendo un orientamento parallelo. Pertanto, il sito attivo è limitato alla regione centrale formata da detta giunzione.

Tuttavia, solo i residui di uno dei due monomeri partecipano alla catalisi. Questo spiega la capacità dei monomeri di effettuare la reazione in condizioni sperimentali.

Meccanismo di azione

Meccanismo d'azione utilizzato dall'enzima Enolase. Di Kthompson08 su Wikipedia in inglese, da Wikimedia Commons.

Gli studi strutturali, così come quelli che hanno permesso di determinare le caratteristiche cinetiche e fisico-chimiche dell'enolasi, hanno permesso di comprenderne il meccanismo d'azione.

Il modo in cui l'enzima catalizza la reazione è piuttosto interessante. Sebbene sia coinvolto un solo substrato, è stato proposto un meccanismo sequenziale ordinato.

Questo inizia con il legame di uno ione Mg2 + al sito conformazionale di uno dei monomeri. Prosegue con il legame del substrato al sito attivo seguito dal legame di un secondo ione al sito catalitico e si conclude con il pronto rilascio del prodotto una volta effettuata la reazione. A questo punto l'Mg2 + rimane attaccato al sito conformazionale.

Sulla stessa linea, per promuovere la reazione, l'enzima media prima la generazione di un intermedio carbanionico, eliminando un protone dal carbonio 2 di 2PGA. Lo fa grazie all'azione di un residuo amminoacidico basico.

In sequenza, la rimozione dell'idrossile del carbonio 3 avviene per azione di un residuo acido dell'enzima. A questo punto l'unione dei due atomi di carbonio avviene mediante un doppio legame formante PEP. In questo modo la reazione è terminata.

Caratteristiche

Molti degli enzimi studiati finora sono in grado di svolgere una grande varietà di funzioni non correlate alla loro "funzione classica" in diversi compartimenti cellulari. Questi enzimi sono stati indicati come enzimi "al chiaro di luna".

In questo senso, l'enolasi può essere considerata un enzima chiaro di luna, poiché ad essa sono state attribuite numerose funzioni opposte alla sua funzione classica sia nei batteri che negli eucarioti.

Alcune di queste funzioni sono le seguenti:

- Partecipa al mantenimento della forma cellulare e al traffico vescicolare interagendo con le proteine ​​citoscheletriche.

- Nel nucleo delle cellule di mammifero, agisce come un fattore di trascrizione che regola l'espressione dei geni associati alla proliferazione cellulare. Coopera nel mantenere la stabilità degli mRNA nel degradosoma nei batteri.

- In agenti patogeni, come Streptococcus pneumoniae e Trypanosoma cruzi, sembra agire come un importante fattore di virulenza.

- È stato anche scoperto che nello Streptococcus pyogenes, l'enolasi viene escreta nell'ambiente extracellulare, facilitando la degradazione dei tessuti e l'evasione del sistema immunitario nell'ospite.

- Si esprime sulla superficie delle cellule tumorali, migliorando le metastasi.

Eolase e la sua relazione con i meccanismi di disseminazione cellulare

Molti patogeni, così come le cellule tumorali, esprimono nella loro membrana o espellono proteasi in grado di degradare le proteine ​​della matrice extracellulare nell'ambiente extracellulare.

Questa capacità consente a queste cellule di sfondare i tessuti e diffondersi rapidamente in tutto l'organismo ospite. Promuovendo in questo modo l'evasione del sistema immunitario e quindi l'instaurarsi dell'infezione.

Sebbene l'enolasi manchi di attività proteasica, partecipa al processo di disseminazione di molti patogeni nel suo ospite così come le cellule tumorali durante le metastasi.

Ciò si ottiene grazie al fatto che si esprime sulla superficie di queste cellule funzionando come un recettore del plasminogeno. Quest'ultimo è lo zimogeno di una serina proteasi nota come plasmina che fa parte del sistema fibrinolitico e agisce degradando le proteine ​​della matrice extracellulare.

Pertanto, l'enolasi espressa in superficie è una strategia che queste cellule hanno acquisito per stabilire l'infezione e diffondersi con successo.

Questa strategia consiste in due processi:

- Evasione del sistema immunitario dell'ospite. Poiché queste cellule sono rivestite con la proteina dell'ospite, vengono ignorate dalle cellule del sistema immunitario che riconoscono le proteine ​​non proprie associate ai patogeni.

- Diffusione post-attivazione del plasminogeno nella plasmina. La cui partecipazione alla degradazione delle proteine ​​della matrice extracellulare, quindi, ne facilita la rapida ed efficace disseminazione.

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