Enolaza - Polski Serwis Naukowy

Model 3D dimerycznej enolazy z drożdży

Miejsce aktywne enolazy. Uwidoczniono dwa jony Mg oraz 5 silnie konserwatywnych reszt aminokwasowych niezbędnych do prawidłowego działania enzymu: His-159, Glu-168, Glu-211, Lys-345, Lys-396

Enolaza (EC 4.2.1.11) jest enzymem z klasy liaz. Przeprowadza przedostatnią reakcję w glikolizie, katalizując dehydratację 2-fosfoglicerynianu (2PG) do fosfoenolopirogronianu (PEP).

Liazy – czwarta klasa enzymów odwracalnie lub nieodwracalnie katalizujących odszczepienie grup bez udziału wody. Enzymy takie klasyfikowane są jako EC 4 w klasyfikacji numerycznej EC. Dzielą się na podklasy:

Harmonijka beta (beta-kartka) – jedna z możliwych struktur drugorzędowych białka (inną jest helisa alfa). Ten sposób przestrzennego ułożenia aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym przypomina wyglądem kartkę papieru pofałdowaną w harmonijkę. Kształt harmonijki beta stabilizowany jest poprzez wiązania wodorowe występujące pomiędzy sąsiednimi łańcuchami - beta nićmi. Beta nić jest to prawie całkowicie rozciągnięty fragment polipeptydu, zwykle o długości 5-10 aminokwasów. Występują harmonijki beta: równoległe, antyrównoległe i mieszane. Struktury te (w odróżnieniu od helis alfa zbudowanych z jednej ciągłej sekwencji) składają sie z oddzielnych fragmentów łańcucha (nici beta) czasem znacznie od siebie oddalonych w sensie struktury pierwszorzędowej.

Struktura

W budowie enolazy można wyróżnić jedenaście motywów harmonijek beta oraz dwanaście helis alfa. Trzy harmonijki beta są zlokalizowane na N-końcu enzymu, tak samo jak cztery alfa helisy. Pozostałe harmonijki beta i alfa helisy formują się na kształt beczułki/cylindra, gdzie zlokalizowane jest centrum aktywne.

Miejsce aktywne, centrum aktywne, centrum katalityczne to ta część cząsteczki, która jest bezpośrednio zaangażowana w reakcji chemicznej. W przypadku prostych cząsteczek, takich jak np. kwasy nieorganiczne w reakcję zaangażowana jest cała cząsteczka. W przypadku dużych i złożonych cząsteczek, takich jak np. enzymy, polimery syntetyczne i niektóre rozbudowane związki metaloorganiczne tylko niewielka część cząsteczki jest rzeczywiście zaangażowana w reakcję a jej reszta pozostaje praktycznie bierna.

Glikoliza, schemat Embdena-Meyerhofa-Parnasa – ciąg reakcji biochemicznych, podczas których jedna cząsteczka glukozy zostaje przekształcona w dwie cząsteczki pirogronianu. Glikoliza zachodzi w pozamitochondrialnej, rozpuszczalnej frakcji komórkowej - cytoplazmie - wszystkich eukariotów i prokariotów.

Miejsce aktywne zlokalizowane jest w regionach C-końca cylindra, gdzie znajdują się specyficzne miejsca przyłączania kofaktorów, w postaci jonów metalu, oraz substratów, takich jak 2-fosfoglicerynian albo fosfoenolopirogronian.

Reakcja

⇌ + H2O

Mechanizm

Mechanizm konwerscji 2PG do PEP.

Asp246, Glu295 oraz Asp320 utrzymują i stabilizują kation metalu. Przyłączenie kationu metalu (Mg) powoduje zmiany konformacyjne, które aktywują enzym i umożliwiają powstanie kompleksu między 2-fosfoglicerynianem, a enzymem. Gln167, Arg374 i Lys396 neutralizują i stabilizują negatywnie naładowaną grupę karboksylową 2-fosfoglicerynianu.

N-koniec lub koniec aminowy – koniec łańcucha polipeptydowego, zakończonego grupą aminową (-NH3+). Na drugim końcu łańcucha, określanym jako C-koniec lub koniec karboksylowy, znajduje się grupa karboksylowa (-COO-). Wyróżnianie końców łańcucha polipeptydowego określa ich kierunek. Aminokwasy występujące w łańcuchu zwyczajowo numeruje się zaczynając właśnie od końca aminowego.

Po "zakleszczeniu się" 2-fosfoglicerynianu w miejscu aktywnym, jego grupa fosforanowa łączy się, za pomocą wiązania wodorowego ,z pierścieniem imidazolowym His159. Pętle eznymu, które tworzą reszty Val153-Phe169 oraz Ser250-Glu277, przesuwają się w skoordynowany sposób, umożliwiając His159 lepsze ułożenie względem grupy fosforanowej substratu w celu donacji protonu. Negatywny ładunek grupy fosforylowej jest dalej neutralizowany przez Arg374 oraz jon metalu.

Lys345 przysuwa się bliżej Arg374, powodując, że traci sama proton. W konsekwencji, Lys345 zabiera proton pochodzący z C-2 2-fosfoglicerynianu. Ostatecznie, proton (połączony wiązaniem wodorowym z grupą karboksylową 2-fosfoglicerynianu), który dzieliły jednocześnie Glu168 and Glu211 "przeskakuje" na grupę hydroksylową 2-PGA, która rozpada się i formuje wodę. Powstaje podwójne wiązanie między C-2 oraz C-3. Formuje się produkt - fosfoenolopirogronian.

Przypisy

Zhang E, Brewer JM, Minor W, Carreira LA, Lebioda L. Mechanism of enolase: the crystal structure of asymmetric dimer enolase-2-phospho-D-glycerate/enolase-phosphoenolpyruvate at 2.0 A resolution. „Biochemistry”. 36 (41), s. 12526–34, 1997. doi:10.1021/bi9712450. PMID 9376357.
Enolase - Structure 3 [1]
REACTION: R00658 [2]
Enolase active site mechanism: How enolase works [3]