إنولاز

إنزيم فوسفوبيروفات هيدراتاز ، المعروف عادةً باسم إنولاز ، هو إنزيم فلزي ( EC 4.2.1.11 ) يحفز تحويل 2-فوسفوجليسيرات (2-PG) إلى فوسفينول بيروفات (PEP)، وهي الخطوة التاسعة وقبل الأخيرة من عملية تحلل الجلوكوز . والتفاعل الكيميائي هو:

2-فوسفور- د -جليسرين${\displaystyle \rightleftharpoons }$فوسفينول بيروفات + H ₂ O

ينتمي إنزيم فوسفوبيروفات هيدراتاز إلى عائلة اللياسات ، وتحديداً اللياسات المائية، التي تكسر روابط الكربون والأكسجين. الاسم النظامي لهذا الإنزيم هو 2-فوسفو- د -جليسيرات هيدرو-لياس (مُكوِّن فوسفينول بيروفات) .

التفاعل قابل للانعكاس، ويعتمد على تركيز المواد المتفاعلة في البيئة. ^{[ 3 ]} الرقم الهيدروجيني الأمثل للإنزيم البشري هو 6.5. ^{[ 4 ]} يوجد إنزيم الإينولاز في جميع الأنسجة والكائنات الحية القادرة على تحلل الجلوكوز أو التخمر . اكتشف لومان ومايرهوف هذا الإنزيم عام 1934، ^{[ 5 ]} ومنذ ذلك الحين تم عزله من مصادر متنوعة، بما في ذلك عضلات الإنسان وكريات الدم الحمراء . ^{[ 4 ]} في البشر، يرتبط نقص إنزيم ENO1 بفقر الدم الانحلالي الوراثي ، بينما يرتبط نقص إنزيم ENO3 بمرض تخزين الجليكوجين من النوع الثالث عشر .

يحتوي إنزيم الإينولاز في الإنسان على ثلاث وحدات فرعية، هي α و β و γ ، كل منها مُشفّر بواسطة جين منفصل، ويمكن أن تتحد هذه الوحدات لتكوين خمسة إنزيمات متماثلة مختلفة : αα و αβ و αγ و ββ و γγ. ^{[ 3 ] [ 6 ]} ثلاثة من هذه الإنزيمات المتماثلة (جميعها ثنائية الوحدات المتجانسة) توجد بشكل أكثر شيوعًا في خلايا الإنسان البالغ من غيرها.

• إنولاز ألفا ألفا أو إنولاز غير عصبي (NNE). يُعرف أيضًا باسم إنولاز 1. يوجد في مجموعة متنوعة من الأنسجة، بما في ذلك الكبد والدماغ والكلى والطحال والنسيج الدهني. وهو موجود بمستويات متفاوتة في جميع خلايا الإنسان الطبيعية.
• إنزيم بيتا بيتا أو إنولاز خاص بالعضلات (MSE). يُعرف أيضًا باسم إنولاز 3. يقتصر وجود هذا الإنزيم بشكل كبير على الأنسجة العضلية، حيث يتواجد بمستويات عالية جدًا.
• إنزيم γγ أو إنولاز خاص بالخلايا العصبية (NSE). يُعرف أيضًا باسم إنولاز 2. يُعبَّر عنه بمستويات عالية جدًا في الخلايا العصبية والأنسجة العصبية، حيث قد يُشكِّل ما يصل إلى 3% من إجمالي البروتين الذائب. ويُعبَّر عنه بمستويات أقل بكثير في معظم خلايا الثدييات.

عندما تتواجد الإنزيمات المتماثلة المختلفة في نفس الخلية، فإنها تشكل بسهولة ثنائيات غير متجانسة .

إنولاز هو أحد أفراد عائلة الإينولاز الكبيرة . يتراوح وزنه الجزيئي بين 82,000 و100,000 دالتون، وذلك تبعًا للشكل المتماثل. ^{[ 3 ] [ 4 ]} في إنولاز ألفا البشري ، تكون الوحدتان الفرعيتان متوازيتين عكسيًا، بحيث يشكل حمض الجلوتاميك ²⁰ في إحدى الوحدتين رابطة أيونية مع الأرجينين ⁴¹⁴ في الوحدة الأخرى. ^{[ 3 ]} تحتوي كل وحدة فرعية على نطاقين متميزين. يتكون النطاق الطرفي الأميني الأصغر من ثلاثة حلزونات ألفا وأربعة صفائح بيتا . ^{[ 3 ] [ 6 ]} أما النطاق الطرفي الكربوكسيلي الأكبر فيبدأ بصفيحتين بيتا، يليهما حلزونان ألفا، وينتهي ببرميل يتكون من صفائح بيتا وحلزونات ألفا متناوبة، مرتبة بحيث تُحاط صفائح بيتا بحلزونات ألفا. ^{[ 3 ] [ 6 ]} ينتج التركيب الكروي المضغوط للإنزيم عن تفاعلات كارهة للماء كبيرة بين هذين المجالين.

إنزيم الإينولاز إنزيم محفوظ للغاية، وتُعد خمسة أحماض أمينية في موقعه النشط ذات أهمية خاصة لنشاطه. بالمقارنة مع الإينولاز الطبيعي، فإن الإينولاز الطافر الذي يختلف في أحد الأحماض الأمينية Glu ¹⁶⁸ أو Glu ²¹¹ أو Lys ³⁴⁵ أو Lys ³⁹⁶ يُظهر انخفاضًا في مستوى نشاطه بمقدار 105 أضعاف. ^{[ 3 ]} كما أن التغييرات التي تُصيب His ¹⁵⁹ تُبقي على 0.01% فقط من النشاط التحفيزي للطفرة. ^{[ 3 ] يُعد وجود عاملين مساعدين من أيونات المغنيسيوم (Mg2 +)} في الموقع النشط جزءًا لا يتجزأ من الإينولاز ، حيث يعملان على تثبيت الشحنات السالبة في الركيزة. ^{[ 3 ] [ 6 ]}

في الآونة الأخيرة، أثارت الوظائف الثانوية لبعض إنزيمات الإينولاز، مثل التفاعل مع البلازمينوجين ، اهتماماً متزايداً بالحلقات التحفيزية لهذه الإنزيمات وتنوعها البنيوي. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

باستخدام المجسات النظائرية، يُقترح أن الآلية العامة لتحويل 2-فوسفوجليسيرات إلى فوسفينول بيروفات هي تفاعل حذف E1cB يتضمن وسيطًا من الكربانيون. ^{[ 9 ]} تستند الآلية التفصيلية التالية إلى دراسات البنية البلورية والحركية . [ ^{3 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [13] [ 14 ] [ 15 ] عندما يرتبط الركيزة ، 2-فوسفوجليسيرات، بإنزيم ألفا-إينولاز، تتناسق مجموعة الكربوكسيل الخاصة به مع عاملين مساعدين من} أيونات المغنيسيوم في الموقع النشط. يؤدي هذا إلى استقرار الشحنة السالبة على ذرة الأكسجين منزوعة البروتون مع زيادة حموضة ذرة الهيدروجين ألفا. يقوم الليسين ³⁴⁵ في إنزيم الإينولاز بنزع بروتون ذرة الهيدروجين ألفا، ويتم تثبيت الشحنة السالبة الناتجة عن طريق الرنين مع أكسجين الكربوكسيلات وعن طريق العوامل المساعدة من أيونات المغنيسيوم. بعد تكوين وسيط الكربانيون، يتم التخلص من الهيدروكسيد الموجود على C3 على شكل ماء بمساعدة Glu ²¹¹ ، ويتم تكوين PEP.

بالإضافة إلى ذلك، تحدث تغيرات بنيوية داخل الإنزيم تُساعد في عملية التحفيز. في إنزيم ألفا-إينولاز البشري، يدور الركيزة إلى موضعها عند ارتباطها بالإنزيم نتيجةً لتفاعلاتها مع أيوني المغنيسيوم المحفزين، الجلوتامين ¹⁶⁷ ، والليسين ^396. تسمح حركات الحلقات من سيرين ³⁶ إلى هيستيدين ⁴³ ، ومن سيرين ¹⁵⁸ إلى جليسين ¹⁶² ، ومن أسبارتات ²⁵⁵ إلى أسباراجين ^256، لسيرين ³⁹ بالتنسيق مع أيون المغنيسيوم (Mg2 ⁺⁾ وإغلاق الموقع النشط. إلى جانب التنسيق مع أيوني المغنيسيوم المحفزين، ينخفض ​​أيضًا ثابت تفكك الحمض (pKa) لذرة الهيدروجين ألفا في الركيزة نتيجةً لبروتنة مجموعة الفوسفوريل بواسطة هيستيدين ^{159 وقربه من أرجينين 374. كما يتسبب أرجينين 374 في إزالة بروتون الليسين 345 في} الموقع ^النشط ، مما ^{يُهيئه لدوره} في آلية التفاعل.

في تجارب طبية حديثة، تم قياس تركيزات إنولاز في محاولة لتشخيص بعض الحالات المرضية وتحديد شدتها. على سبيل المثال، ارتبطت التركيزات المرتفعة من إنولاز في السائل النخاعي الشوكي ارتباطًا أقوى بورم الخلايا النجمية منخفض الدرجة مقارنةً بالإنزيمات الأخرى التي تم اختبارها ( الألدولاز ، وبيروفات كيناز ، وكرياتين كيناز ، ولاكتات ديهيدروجينيز ). ^{[ 16 ]} وأظهرت الدراسة نفسها أن أسرع معدل لنمو الورم حدث لدى المرضى الذين لديهم أعلى مستويات من إنولاز في السائل النخاعي الشوكي. كما تم تحديد مستويات مرتفعة من إنولاز لدى المرضى الذين عانوا مؤخرًا من احتشاء عضلة القلب أو سكتة دماغية . وقد استُنتج أن مستويات إنولاز الخلايا العصبية النوعي في السائل النخاعي الشوكي، وإنولاز الخلايا العصبية النوعي في المصل ، وكرياتين كيناز (النوع BB) تُعد مؤشرات في التقييم التنبؤي لضحايا السكتة القلبية. ^{[ 17 ]} وركزت دراسات أخرى على القيمة التنبؤية لقيم إنولاز الخلايا العصبية النوعي لدى ضحايا السكتة الدماغية. ^{[ 18 ]}

ترتبط الأجسام المضادة الذاتية لإنزيم ألفا-إينولاز بالتهاب المفاصل الروماتويدي ^{[ 19 ]} والمتلازمة النادرة التي تسمى اعتلال الدماغ لهاشيموتو . ^{[ 20 ]}

تم تصنيع مثبطات جزيئية صغيرة لإنزيم الإينولاز كأدوات كيميائية (نظائر الركيزة) لدراسة الآلية التحفيزية للإنزيم، ومؤخرًا، تم بحثها كعلاجات محتملة للسرطان والأمراض المعدية. ^{[ 21 ] [ 22 ]} تتمتع معظم هذه المثبطات بخصائص استخلاب المعادن، وترتبط بالإنزيم من خلال تفاعلات مع ذرة المغنيسيوم البنيوية Mg(A). ^{[ 23 ] [ 24 ]} يُعد فوسفونوأسيتوهيدروكسامات أقوى هذه المثبطات، ^{[ 24 ]} والذي يمتلك في شكله غير البروتوني ألفة عالية للإنزيم تصل إلى مستوى البيكومولار. ويتشابه بنيويًا مع الوسيط التحفيزي المفترض، الواقع بين PEP و2-PG. بُذلت محاولات لاستخدام هذا المُثبِّط كدواء مضاد للتريبانوسوما، ^{[ 25 ]} ومؤخرًا، كعامل مضاد للسرطان، وتحديدًا في أورام الأرومة الدبقية التي تعاني من نقص في إنولاز بسبب حذف متماثل لجين ENO1 كجزء من موضع كابت الورم 1p36 ( السمية التركيبية ). ^{[ 26 ]} يُعد المضاد الحيوي الفوسفوناتي الطبيعي SF2312 ( CAS 107729-45-3)، وهو فعال ضد البكتيريا موجبة وسالبة الجرام خاصة في الظروف اللاهوائية، ^{[ 27 ]} مُثبِّطًا عالي الفعالية لإنولاز PDB : 4zcw، ويرتبط بطريقة مشابهة لفوسفونوأسيتوهيدروكسامات PDB : 4za0 .^{[ 28 ]} يثبط المركب SF2312 نشاط إنزيم الإينولاز في كل من الخلايا حقيقية النواة وبدائية النواة ، ^{[ 29 ]} مما يعكس الحفاظ التطوري القوي لإنزيم الإينولاز والأصل القديم لمسار تحلل الجلوكوز. SF2312 جزيء كيرالي، حيث يُظهر المتصاوغ المرآتي 3S فقط نشاطًا مثبطًا لإنزيم الإينولاز ونشاطًا بيولوجيًا ضد البكتيريا. ^{[ 30 ]} في الآونة الأخيرة، تبين أن مشتقًا من SF2312، يُسمى HEX، ودواءً أوليًا له، يُسمى POMHEX، يمتلكان نشاطًا مضادًا للأورام ضد ورم دبقي محذوف منه جين ENO1 في نموذج فأر متماثل موضعيًا داخل الجمجمة قبل السريري. ^{[ 31 ]} وُصف رابط ألوستيري، يُسمى ENOblock ^{[ 22 ]،} في البداية على أنه مثبط لإنزيم الإينولاز، ولكن تبين لاحقًا أنه لا يثبط الإنزيم فعليًا، بل يتداخل مع الفحص الإنزيمي المختبري لإنزيم الإينولاز. ^{[ 32 ]}وُجد أن مُثبِّط ENOblock يُغيِّر التموضع الخلوي للإينولاز، مما يؤثر على وظائفه الثانوية غير المرتبطة بتحلل الجلوكوز، مثل تنظيم النسخ. ^{[ 33 ]} كما أشارت تحليلات لاحقة باستخدام اختبار تجاري إلى أن مُثبِّط ENOblock يُمكنه تثبيط نشاط الإينولاز في سياقات بيولوجية، مثل الخلايا والأنسجة الحيوانية. ^{[ 33 ]} ووُصِفَ ميثيل جليوكسال أيضًا بأنه مُثبِّط للإينولاز البشري. ^{[ 34 ]}

تم استكشاف مثبطات إنولاز، وهي نظائر لحالة الانتقال في الموقع النشط، في الدراسات قبل السريرية لعلاج العديد من مسببات الأمراض الميكروبية، وكذلك في علم الأورام الدقيق للأورام التي تعاني من حذف متماثل الزيجوت في المنطقة 1p36، والتي تفتقر إلى ENO1. ^{[ 31 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]}

يُعرف الفلورايد بأنه مُنافس لركيزة إنولاز، وهي 2-بروبيل جليكول. يستطيع الفلورايد تكوين مُركب مع المغنيسيوم والفوسفات، يرتبط بالموقع النشط بدلاً من 2-بروبيل جليكول. ^{[ 4 ]} وجدت إحدى الدراسات أن الفلورايد يُمكنه تثبيط إنولاز البكتيريا في المختبر . ^{[ 41 ]} قد يُساهم نشاط تثبيط إنولاز بواسطة أنيون الفلورايد في التأثير المُضاد للتسوس لمعجون الأسنان المُحتوي على الفلورايد، وذلك عن طريق الحد من إنتاج حمض اللاكتيك (وهو ناتج من عملية تحلل الجلوكوز، والتي تتطلب إنولاز).

• إنولاز في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب