Énolase

L'énolase possède trois sous-unités, α, ß et γ, chacune codée par un gène différent qui peut se combiner pour former cinq isoenzymes différentes : αα, αß, αγ, ββ et γγ[3] - [6]. Trois de ces isoenzymes (toutes homodimères) se retrouvent plus fréquemment dans les cellules de l'homme adulte que les autres :

• αα ou énolase non-neuronale (NNE), se retrouve dans toutes sortes de tissus tels que le foie, le cerveau, le rein, la rate
  et les tissus adipeux. Elle est également appelée énolase 1
• ββ ou énolase spécifique du muscle (MSE). Connu aussi sous le nom d'énolase 3.
• γγ ou énolase spécifique des neurones (NSE). Également appelée énolase 2.

L'énolase a un poids moléculaire de 82 000 à 100 000 daltons selon son isoforme[3] - [4]. Dans l'alpha énolase humaine, les deux sous-unités sont orientées de façon antiparallèle de sorte que le Glu²⁰ d'une sous-unité forme une liaison ionique avec l'Arg⁴¹⁴ de l'autre sous-unité[3]. Chaque sous-unité a deux domaines distincts. Le petit domaine N-terminal consiste en trois hélices alpha et quatre feuillets béta[3] - [6]. Le grand domaine C-terminal commence par deux feuillets ß suivis par deux hélices α et se termine par un creux entouré de feuillets ß s'alternant avec des hélices α arrangées de façon qu'elles entourent les feuillets ß[3] - [6]. La structure compacte et globulaire de l'enzyme résulte d'interactions hydrophobes significatives entre ces deux domaines.

L'énolase est une enzyme très bien gardée avec cinq sites actifs particulièrement importants pour l'activité. Quand on la compare à l'énolase de type sauvage - énolase mutée qui diffère au Glu¹⁶⁸, Glu²¹¹, Lys³⁴⁵, ou au résidu Lys³⁹⁶ - a un niveau d'activité qui est diminué d'un facteur 105[3]. De la même manière, les changements affectant His¹⁵⁹ laissent l'énolase mutée avec seulement 0.01 % de son activité catalytique[3]. Une fonction essentielle de l'énolase est régulée par ses deux cofacteurs Mg²⁺ dans le site actif, qui servent à stabiliser les charges négatives du substrat[3] - [6].

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  Structure 3D d'un dimère d'énolase en orientation antiparallèle. Le Glu²⁰ N-terminal de l'un des dimères forme une liaison ionique avec le Arg⁴¹⁴ C-terminal de l'autre pour stabiliser la strucutre quaternaire de l'enzyme.
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  Site actif de l'énolase.

Mécanisme de conversion du 2PG en PEP.

En utilisant des sondes isotopiques, le mécanisme complet pour la conversion du 2-PG en PEP est une réaction d'élimination du type E1cb impliquant un intermédiaire carbanion[7]. Le mécanisme détaillé qui suit est basé sur des études cristallographie et de cinétique chimique[3] - [8] - [9] - [10] - [11] - [12] - [13]. Quand le substrat, le 2-phosphoglycérate, se lie à l'α-énolase, son groupe carboxyle forme une liaison de coordination avec les deux ions magnésium dans le site actif. Ceci stabilise la charge négative de l'oxygène déprotoné tout en augmentant l'acidité de l'hydrogène alpha. La Lys³⁴⁵ de l'énolase déprotone l'hydrogène alpha et la charge négative résultante est stabilisée sur l'oxygène du carboxylate par la résonance de l'ion cofacteur magnésium. Après la formation de l'intermédiaire carbanion, l'hydroxyde en C3 est éliminé avec l'eau grâce au Glu²¹¹, et le PEP est ainsi formé.

De plus, des changements conformationnels aidant la catalyse peuvent survenir au sein de l'enzyme. Dans α-énolase de l'homme, le substrat est orienté dans la position favorisant l'attache de l'enzyme en raison des interactions avec les deux ions catalytiques de magnésium, Gln¹⁶⁷ et Lys³⁹⁶. Les mouvements en boucles de la Ser³⁶ vers l'His⁴³, de la Ser¹⁵⁸ vers la Gly¹⁶² et de l'Asp²⁵⁵ vers l'Asn²⁵⁶ permettent à la Ser³⁹ de se lier au Mg²⁺ et ainsi enfermer le site actif. En plus de cette coordination avec les ions catalytiques de magnésium, le pKa de l'hydrogène alpha du substrat diminue en raison de la protonation du groupe phosphoryle par l'His¹⁵⁹ et de sa proximité avec l'Arg³⁷⁴. L'Arg³⁷⁴ est aussi responsable de la déprotonation de la Lys³⁴⁵ dans le site actif lui fournissant ainsi son rôle primordial dans le mécanisme.

Dans des expériences médicales récentes, des concentrations d'énolase ont été échantillonnées dans le but de diagnostiquer certaines affections néoplasiques et leur gravité. Par exemple, de plus fortes concentrations en énolase dans le liquide céphalorachidien (LCR) sont davantage corrélées à la formation d'astrocytome malins qu'ont pu le montrer d'autres enzymes testées (aldolase, pyruvate kinase, créatine kinase et lactate déshydrogénase)[14]. La même étude a montré qu'une évolution plus rapide de la tumeur est apparue chez des patients dont la concentration d'énolase dans le fluide céphalorachidien était plus élevée. Des niveaux accrus d'énolase ont aussi été identifiés chez des patients qui ont souffert récemment d'un infarctus du myocarde ou d'un accident cérébro-vasculaire. On a déduit que les niveaux d'énolase du LCR, de sérum NSE (type γγ) et de créatine kinase (type ßß) sont indicateurs pour l'évaluation de pronostics chez les victimes d'arrêt cardiaque. D'autres études se sont concentrées sur la valeur pronostique des quantités de NSE chez les victimes d'accident cérébro-vasculaires[15]. D'autres études se sont concentrées sur la valeur pronostique des concentrations en NSE chez les victimes d'accident cérébro-vasculaires[16].

Les auto-anticorps dirigés contre nos alpha-énolases sont associés à la maladie rare qu'est l'encéphalopathie d'Hashimoto[17].

Le fluorure est un compétiteur bien connu pour le substrat 2-PG qui doit s'attacher à l'énolase. Le fluorure fait partie d'un complexe avec le magnésium et le phosphate, qui se lie au site actif de l'énolase au lieu du 2-PG[4]. De cette manière, boire de l'eau enrichie en fluor fournit du fluorure à un niveau qui empêche l'activité des bactéries énolases de la bouche sans nuire à la santé de la personne. Perturber la voie glycolytique des bactéries - et, ainsi, son fonctionnement métabolique normal - empêche la formation de caries dentaires[18] - [19].

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Enolase » (voir la liste des auteurs).