Enolase - Enolase

fosfopiruvato hidratase
Enolase 2ONE wpmp.png
Dímero de enolase de levedura.
Identificadores
EC nº 4.2.1.11
CAS no. 9014-08-8
Bancos de dados
IntEnz Vista IntEnz
BRENDA Entrada BRENDA
ExPASy NiceZyme view
KEGG Entrada KEGG
MetaCyc via metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontologia Genética AmiGO / QuickGO
Enolase, domínio N-terminal
PDB 1pdz EBI.jpg
estrutura de raios-x e mecanismo catalítico da enolase de lagosta
Identificadores
Símbolo Enolase_N
Pfam PF03952
Clã Pfam CL0227
InterPro IPR020811
PRÓSITO PDOC00148
SCOP2 1els / SCOPe / SUPFAM
Enolase
2XSX.pdb.png
Estrutura cristalina da beta enolase humana dimérica ENO3 .
Identificadores
Símbolo Enolase
Pfam PF00113
InterPro IPR000941
PRÓSITO PDOC00148

A enolase , também conhecida como fosfopiruvato hidratase , é uma metaloenzima responsável pela catálise da conversão do 2-fosfoglicerato (2-PG) em fosfoenolpiruvato (PEP), a nona e penúltima etapa da glicólise . A reação química catalisada pela enolase é:

2-fosfo-D-glicerato fosfoenolpiruvato + H 2 S

A enolase pertence à família das liases , especificamente as hidro-liases, que clivam as ligações carbono-oxigênio. O nome sistemático desta enzima é 2-fosfo-D-glicerato hidro-liase (formadora de fosfoenolpiruvato) .

A reação é reversível, dependendo das concentrações ambientais dos substratos. O pH ideal para a enzima humana é 6,5. A enolase está presente em todos os tecidos e organismos capazes de glicólise ou fermentação . A enzima foi descoberta por Lohmann e Meyerhof em 1934 e desde então foi isolada de uma variedade de fontes, incluindo músculo humano e eritrócitos . Em humanos, a deficiência de ENO1 está ligada à anemia hemolítica hereditária , enquanto a deficiência de ENO3 está ligada à doença de armazenamento de glicogênio do tipo XIII .

Isoenzimas

Em humanos, existem três subunidades de enolase, α , β e γ , cada uma codificada por um gene separado que pode se combinar para formar cinco isoenzimas diferentes : αα, αβ, αγ, ββ e γγ. Três dessas isoenzimas (todas homodímeros) são mais comumente encontradas em células humanas adultas do que as outras:

  • αα ou enolase não neuronal (NNE). Também conhecida como enolase 1 . Encontrado em uma variedade de tecidos, incluindo fígado, cérebro, rim, baço, tecido adiposo. Está presente em algum nível em todas as células humanas normais.
  • ββ ou enolase específica do músculo (MSE). Também conhecida como enolase 3 . Esta enzima é amplamente restrita ao músculo, onde está presente em níveis muito elevados no músculo.
  • γγ ou enolase específica de neurônio (NSE). Também conhecida como enolase 2 . Expresso em níveis muito elevados em neurônios e tecidos neurais, onde pode representar até 3% da proteína solúvel total. É expresso em níveis muito mais baixos na maioria das células de mamíferos.

Quando presentes na mesma célula, diferentes isozimas prontamente formam heterodímeros.

Estrutura

A enolase é um membro da grande superfamília das enolases . Tem um peso molecular de 82.000-100.000 Daltons dependendo da isoforma. Na alfa enolase humana , as duas subunidades são antiparalelas na orientação, de modo que Glu 20 de uma subunidade forma uma ligação iônica com Arg 414 da outra subunidade. Cada subunidade possui dois domínios distintos. O domínio N-terminal menor consiste em três hélices α e quatro folhas β . O domínio C-terminal maior começa com duas folhas β seguidas por duas hélices α e termina com um barril composto por folhas β alternadas e hélices α dispostas de modo que as folhas β-beta sejam circundadas pelas hélices α. A estrutura globular compacta da enzima resulta de interações hidrofóbicas significativas entre esses dois domínios.

A enolase é uma enzima altamente conservada com cinco resíduos do sítio ativo sendo especialmente importantes para a atividade. Quando comparada com a enolase de tipo selvagem, uma enolase mutante que difere no resíduo Glu 168 , Glu 211 , Lys 345 ou Lys 396 tem um nível de atividade que é cortado por um fator de 105. Além disso, as alterações que afetam His 159 deixam o mutante com apenas 0,01% de sua atividade catalítica. Uma parte integrante da enolase são dois cofatores de Mg 2+ no sítio ativo, que servem para estabilizar cargas negativas no substrato.

Recentemente, as funções de moonlighting de várias enolases, como a interação com o plasminogênio, têm despertado interesse nas alças catalíticas das enzimas e em sua diversidade estrutural.

Mecanismo

Mecanismo de conversão de 2PG em PEP.

Usando sondas isotópicas, o mecanismo geral para converter 2-PG em PEP é proposto como uma reação de eliminação de E1cB envolvendo um intermediário carbanião. O seguinte mecanismo detalhado é baseado em estudos de estrutura e cinética cristalina . Quando o substrato, 2-fosfoglicerato, se liga à α-enolase, seu grupo carboxila se coordena com dois cofatores de íon magnésio no sítio ativo. Isso estabiliza a carga negativa do oxigênio desprotonado enquanto aumenta a acidez do hidrogênio alfa. O Lys 345 da enolase desprotona o hidrogênio alfa, e a carga negativa resultante é estabilizada por ressonância para o oxigênio carboxilato e pelos cofatores de íon magnésio. Seguindo a criação do intermediário carbanião, o hidróxido em C3 é eliminado como água com a ajuda de Glu 211 , e PEP é formado.

Além disso, ocorrem mudanças conformacionais dentro da enzima que auxiliam na catálise. Na α-enolase humana, o substrato é girado para a posição após a ligação à enzima devido às interações com os dois íons de magnésio catalítico, Gln 167 e Lys 396 . Os movimentos dos loops Ser 36 para His 43 , Ser 158 para Gly 162 e Asp 255 para Asn 256 permitem que Ser 39 coordene com Mg 2+ e feche o sítio ativo. Além da coordenação com os íons de magnésio catalíticos, o pKa do hidrogênio alfa do substrato também é reduzido devido à protonação do grupo fosforil por His 159 e sua proximidade com Arg 374 . Arg 374 também faz com que Lys 345 no sítio ativo se torne desprotonado, o que prepara Lys 345 por seu papel no mecanismo.

Usos diagnósticos

Em experimentos médicos recentes, as concentrações de enolase foram amostradas na tentativa de diagnosticar certas condições e sua gravidade. Por exemplo, concentrações mais altas de enolase no líquido cefalorraquidiano se correlacionaram mais fortemente com o astrocitoma de baixo grau do que outras enzimas testadas ( aldolase , piruvato quinase , creatina quinase e lactato desidrogenase ). O mesmo estudo mostrou que a taxa mais rápida de crescimento do tumor ocorreu em pacientes com os níveis mais elevados de enolase no LCR. Níveis aumentados de enolase também foram identificados em pacientes que sofreram um infarto do miocárdio ou acidente vascular cerebral recente . Foi inferido que os níveis de enolase neurônio-específica do LCR, NSE sérica e creatina quinase (tipo BB) são indicativos na avaliação prognóstica de vítimas de parada cardíaca. Outros estudos se concentraram no valor prognóstico dos valores de NSE em vítimas de acidente vascular cerebral.

Os autoanticorpos contra a alfa-enolase estão associados à síndrome rara chamada encefalopatia de Hashimoto .

Inibidores

Inibidores de pequenas moléculas da enolase foram sintetizados como sondas químicas (análogos de substratos) do mecanismo catalítico da enzima e, mais recentemente, foram investigados como potenciais tratamentos para câncer e doenças infecciosas. A maioria dos inibidores tem propriedades quelantes de metal e se ligam à enzima por meio de interações com o átomo de magnésio estrutural de Mg (A). O mais potente deles é o fosfonoacetohidroxamato, que em sua forma não protonada tem afinidade pM para a enzima. Tem semelhança estrutural com o intermediário catalítico presumido, entre PEP e 2-PG. Têm sido feitas tentativas para usar este inibidor como uma droga anti-tripanossomo e, mais recentemente, como um agente anticâncer, especificamente, em glioblastoma que são deficientes em enolase devido à deleção homozigótica do gene ENO1 como parte do supressor de tumor 1p36 locus ( letalidade sintética ). Um antibiótico fosfonato de produto natural , SF2312 ( CAS 107729-45-3), que é ativo contra bactérias gram positivas e negativas especialmente em condições anaeróbias, é um inibidor de alta potência da Enolase 4zcw que se liga de maneira semelhante ao fosfonoacetohidroxamato 4za0 . SF2312 inibe a atividade da Enolase tanto na origem eucariótica quanto na procariótica , refletindo a forte conservação evolutiva da Enolase e a origem ancestral da via da glicólise. SF2312 é uma molécula quiral com apenas o enantiômero 3S apresentando atividade inibitória da Enolase e atividade biológica contra bactérias. Mais recentemente, um derivado de SF2312, denominado HEX, e um pró-fármaco deste, POMHEX, mostraram exercer atividade antineoplásica contra glioma com deleção de ENO1 em um modelo de camundongo ortotópico intracraniano pré-clínico. Um ligante alostérico, ENOblock foi inicialmente descrito como um inibidor da Enolase, mas subsequentemente mostrou não inibir a enzima, mas sim interferir com o ensaio enzimático da Enolase in vitro. Descobriu-se que o ENOblock altera a localização celular da enolase, influenciando suas funções secundárias não glicolíticas, como a regulação da transcrição. A análise subsequente usando um ensaio comercial também indicou que o ENOblock pode inibir a atividade da enolase em contextos biológicos, como células e tecidos animais. O metilglioxal também foi descrito como um inibidor da enolase humana.

Os inibidores de enolase de estado de transição de sítio ativo foram explorados pré-clinicamente para o tratamento de vários patógenos microbianos, bem como em oncologia de precisão para tumores com deleções homozigóticas 1p36, que carecem de ENO1.

O flúor é um competidor conhecido do substrato 2-PG da enolase. O flúor pode formar um complexo com o magnésio e o fosfato, que se ligam ao sítio ativo em vez do 2-PG. Um estudo descobriu que o flúor pode inibir a enolase bacteriana in vitro . A atividade inibitória da Enolase do ânion fluoreto pode contribuir para o efeito anticárie do creme dental com flúor, ao limitar a produção de ácido láctico (um produto da glicólise, que requer Enolase).

Referências

Leitura adicional

links externos