Кіріспе
Гликолиздегі фосфопируват гидратаза ферменті, көбінесе энолаза деп аталады, 2-фосфоглицератты (2 PG) фосфоэнолпируватқа (PEP) түрлендіретін металлофермент, бұл гликолиздің тоғызыншы және соңғы алдындағы қадамы болып табылады. Химиялық реакция: 2 фосфо-D-глицерат → фосфоэнолпируват + H2O. Фосфопируват гидратаза лиазалар тобына жатады, нақтырақ айтқанда, көміртектің оттегі байланыстарын үзуге қабілетті гидролазаларға. Бұл ферменттің жүйелі атауы – 2-фосфо-D-глицерат гидролазасы (фосфоэнолпируват түзетін). Реакция субстраттардың ортадағы концентрациясына байланысты қайтымды болады. Адам ферменті үшін оңтайлы pH 6,5-ке тең. Энолаза гликолиз немесе ферментация процесіне қабілетті барлық тіндер мен организмдерде кездеседі. Фермент 1934 жылы Ломанн мен Мейерхоф ашқан, содан бері ол адам бұлшық еттері мен эритроциттер сияқты әртүрлі көздерден бөліп алынған. Осы изоферменттердің үшеуі (барлығы гомодимерлер) ересек адам жасушаларында басқаларына қарағанда жиі кездеседі: αα немесе нейрондық емес энолаза (ННЕ), сондай-ақ энолаза 1 деп те аталады. Ол бауыр, ми, бүйрек, көкбауыр, майлы тіндер сияқты әртүрлі тіндерде кездеседі және барлық қалыпты адам жасушаларында белгілі бір деңгейде болады. ββ немесе бұлшықетке тән энолаза (MSE), сондай-ақ энолаза 3 деп те аталады. Бұл фермент көбінесе бұлшықеттерде, әсіресе бұлшықеттерде өте жоғары деңгейде кездеседі. γγ немесе нейрондық спецификалық энолаза (NSE), сондай-ақ энолаза 2 деп те аталады. Ол нейрондар мен жүйке тіндерінде өте жоғары деңгейде экспрессияланады, онда ол жалпы ерігіш протеиннің 3%-ына дейін құрауы мүмкін. Ол көптеген сүтқоректілер жасушаларында әлдеқайда төмен деңгейде экспрессияланады. Бір жасушада әртүрлі изоферменттер болған кезде гетеродимерлер тез пайда болады.
Phosphopyruvate hydratase, usually known as enolase, is a metalloenzyme that catalyses the conversion of 2 phosphoglycerate (2 PG) to phosphoenolpyruvate (PEP), the ninth and penultimate step of glycolysis. The chemical reaction is:
2 phospho D glycerate phosphoenolpyruvate + H2O
Phosphopyruvate hydratase belongs to the family of lyases, specifically the hydro lyases, which cleave carbon oxygen bonds. The systematic name of this enzyme is 2 phospho D glycerate hydro lyase (phosphoenolpyruvate forming). The reaction is reversible, depending on environmental concentrations of substrates. The optimum pH for the human enzyme is 6.5. Enolase is present in all tissues and organisms capable of glycolysis or fermentation. The enzyme was discovered by Lohmann and Meyerhof in 1934, and has since been isolated from a variety of sources including human muscle and erythrocytes. Three of these isoenzymes (all homodimers) are more commonly found in adult human cells than the others:
αα or non neuronal enolase (NNE). Also known as enolase 1. Found in a variety of tissues, including liver, brain, kidney, spleen, adipose. It is present at some level in all normal human cells. ββ or muscle specific enolase (MSE). Also known as enolase 3. This enzyme is largely restricted to muscle where it is present at very high levels in muscle. γγ or neuron specific enolase (NSE). Also known as enolase 2. Expressed at very high levels in neurons and neural tissues, where it can account for as much as 3% of total soluble protein. It is expressed at much lower levels in most mammalian cells. When present in the same cell, different isozymes readily form heterodimers.
Құрылымы
Энолаза – үлкен энолаза суперотбасының құрамына кіретін фермент. Оның молекулалық салмағы изоформасына қарай 82 000–100 000 дальтонды құрайды.
Механизм
Изотоптық зондтарды қолдану арқылы 2 PG-ді PEP-ке түрлендірудің жалпы механизмі карбанион аралықты қамтитын E1cB жою реакциясы болып табылады. Келесі егжей-тегжейлі механизм кристалл құрылымы және кинетика зерттеулеріне негізделген. 2-фосфоглицерат субстраты α-энолазамен байланысқанда, оның карбоксил тобы белсенді орындағы екі магний ионының кофакторымен координацияланады. Бұл депротондалған оттегідегі теріс зарядты тұрақтандырады және альфа-сутегінің қышқылдығын арттырады. Энолазаның Lys345 альфа-сутегін депротондастайды, ал пайда болған теріс заряд карбоксилаттық оттегінің резонансы және магний ионы кофакторлары арқылы тұрақтандырылады. Карбанион аралық пайда болғаннан кейін, C3-тегі гидроксил тобы Glu211 көмегімен су ретінде шығарылады және PEP түзіледі. Сонымен қатар, ферментте катализге көмектесетін конформациялық өзгерістер жүзеге асады. Адам α-энолазасында субстрат ферментке байланысқанда, екі каталитикалық магний ионы Gln167 және Lys396-пен өзара әрекеттесуі нәтижесінде орнына бұрылады. Ser36-дан His43-қа, Ser158-ден Gly162-ге және Asp255-тен Asn256-ға дейінгі циклдардың қозғалысы Ser39-ның Mg2+ ионымен координациялануына және белсенді орынды жабуына мүмкіндік береді. Каталитикалық магний иондарымен координацияланудан басқа, субстраттың альфа-сутегінің pKa-сы His159-дың фосфорил тобын протондауы және Arg374-ке жақындығының нәтижесінде төмендейді. Arg374 сондай-ақ белсенді орындағы Lys345-тің депротондалуына себеп болады, бұл Lys345-тің механизмдегі рөліне дайындық жасайды.
Диагностикалық қолдану
Соңғы медициналық тәжірибелерде, белгілі бір жағдайларды және олардың ауырлық деңгейін диагностикалау мақсатында энолаза концентрациясының үлгілері алынды. Мысалы, цереброспинальді сұйықтықтағы энолазаның жоғары концентрациясы, басқа зерттелген ферменттерге (алдолаза, пируваткиназа, креатинкиназа және лактат дегидрогеназа) қарағанда, төмен дәрежелі астроцитомамен күшті байланысты болды. Сол зерттеуде ісіктің ең жылдам өсуі, цереброспинальді сұйықтықтағы энолаза деңгейі жоғары пациенттерде байқалды. Миокард инфарктісі немесе ми қан тамырларының апатынан зардап шеккен пациенттерде де энолаза деңгейінің жоғарылауы анықталды. Церебральды нейронға тән энолаза, сарысудағы NSE және креатинкиназа (BB типі) деңгейлері жүрек тоқтауынан зардап шеккендердің жағдайын болжау үшін маңызды көрсеткіштер болып табылады. Басқа зерттеулер ми қан тамырларының апатынан зардап шеккендердегі NSE деңгейінің болжамдық құндылығына назар аударды. Альфа-энолазаға қарсы аутоантителолар ревматоидты артрит және Хашимото энцефалопатиясы деп аталатын сирек синдроммен байланысты.
Ингибиторлар
Энолазаның кішкентай молекулалық ингибиторлары ферменттің катализдік механизмін зерттеу үшін химиялық зондтар (субстрат аналогтары) ретінде синтезделді, содан кейін қатерлі ісіктер мен жұқпалы ауруларды емдеудің мүмкін болатын жолдары ретінде қарастырылды. Көптеген ингибиторлар металлдарды байланыстыру қасиеттеріне ие және ферментке магний атомы Mg(A) арқылы өзара әрекеттесу арқылы байланысады. Олардың ең қуаттысы – фосфоноацетогидроксамат, ал соңғы уақытта, әсіресе 1p36 ісікке қарсы локустың (синтетикалық летальділік) бөлігі ретінде ENO1 генінің гомозиготалық жойылуынан энолаза жетіспейтін глиобластомаларда, қатерлі ісікке қарсы агент ретінде зерттелді. Табиғи өнім – фосфонат антибиотик SF2312 (CAS 107729 45 3), грам-оң және грам-теріс бактерияларға қарсы, әсіресе анаэробты жағдайларда белсенді, энолазаның жоғары қуатты ингибиторы болып табылады және фосфоноацетогидроксамат сияқты байланысады. SF2312 – хиральды молекула, оның тек 3S энантиомері ғана энолазаны тежеу және бактерияларға қарсы биологиялық белсенділік көрсетеді. Жақында SF2312 туындысы HEX деп аталды, ал оның про-дәрісі POMHEX, клиникалық алдындағы зерттеулерде ENO1 жойылған глиомаға қарсы антинеопластикалық белсенділік көрсетті. Аллостериялық байланыстырғыш ENOblock энолазаның жасушалық орналасуын өзгертетіні және транскрипцияны реттеу сияқты оның екіншілік, гликолиздік емес функцияларына әсер ететіні анықталды. Коммерциялық талдау ENOblock жасушалар мен жануарлар тіндері сияқты биологиялық жағдайларда энолаза белсенділігін тежеуге қабілетті екенін көрсетті. Энолазаның белсенді орынға ауысу кезеңіндегі аналогтарын тежеушілер әртүрлі микробтық патогендерді емдеу үшін клиникалық алдындағы зерттеулерде және ENO1 жетіспейтін 1p36 гомозиготалық жойылуы бар ісіктерде дәлдік онкологиясында зерттелді. Фтор энолазаның 2PG субстратымен бәсекелес. Фтор магний мен фосфатпен кешен құрауы мүмкін, бұл 2PG орнына белсенді орынға байланысады. Фтор анионының энолазаны тежеу белсенділігі фторлы тіс пастасының қуысқа қарсы әсеріне ықпал етуі мүмкін, себебі ол сүт қышқылының (энолаза қажетті гликолиздің өнімі) өндірісін шектейді.