ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н. П. ОГАРЁВА» Факультет биотехнологии и биологии Кафедра биотехнологии, биоинженерии и биохимии РЕФЕРАТ по дисциплине: Кинетика и термодинамика ферментативных реакций на тему: «Ферменты соматических нервов: тирозингидроксилаза, нейронспецифическая енолаза» Автор реферата: Дябкина Е.В. Направление 06.03.01 Биология Преподаватель: канд. био. наук Новожилова О.С Содержание Введение 3 1 Тирозингидроксилаза 5 1.1 Структура 5 1.2 Регулирование 6 1.3 Клиническое значение 8 2 Нейронспецифическая енолаза 10 2.1 Причины повышения показателей 12 Заключение 14 Список использованных источников 15 2 Введение Тирозин - непосредственный тирозин-гидроксилаза предшественник лимитирует скорость катехоламинов, всего а процесса биосинтеза катехоламинов . Этот фермент встречается как в свободном виде, так и в связанной С тетрагидроптеридином в оксидоредуктазную с субклеточными качестве фукнкцию, частицами кофактора превращая он форме. выполняет L-тирозин в L- дигидроксифенилаланин (L- ДОФА ). Существуют различные пути регуляции тирозингидроксилазы как скорость-лимитирующего фермента. Наиболее важный из них заключается в ингибировании катехоламинами по принципу обратной связи: катехоламины конкурируют с ферментом за птеридиновый кофактор, образуя с последним шифром основание. ингибируется рядом Тирозин-гидроксилаза, производных кроме тирозина, в того, конкурентно том числе альфа- метилтирозином . В некоторых случаях это соединение используют для блокады избыточной продукции катехоламинов при феохромоцитоме, однако существуют более эффективные средства, обладающие к тому же менее выраженным побочным действием. Соединения еще одной группы подавляют активность тирозин- гидроксилазы, образуя комплексы с железом и удаляя таким путем имеющийся фактор. Нейрон-специфическая енолаза (гамма-енолаза, енолаза 2, НСЕ) — фермент класса лиаз, один из трех типов енолаз позвоночных животных. Данный тип енолаз является специфичным для зрелой нервной ткани и чаще обнаруживается в нейронах, астроцитах и глиальных клетках после начала их дифференцировки. Все енолазы являются функционально активными в форме димеров из альфа-, бета- и гамма-субъединиц, соединенных нековалентной связью. Различные сочетания субъединиц могут формировать пять гомо- и 3 гетеродимерных изоферментов. НСЕ существует в вариантах γγ- и αγдимеров. 4 1 Тирозингидроксилаза Тирозингидроксилаза или тирозин-3-монооксигеназа - это фермент, ответственный за катализ превращения аминокислоты L- тирозина в L - 3,4 дигидроксифенилаланин ( L- ДОПА). Он делает это с использованием молекулярного кислорода (O 2 ), а также железа (Fe 2+ ) и тетрагидробиоптерина в качестве кофакторов . L- ДОФА является предшественником дофамина , который, в свою очередь, является предшественником важных нейромедиаторов норэпинефрина (норадреналин) и адреналина (адреналина). Тирозингидроксилаза катализирует лимитирующую стадию этого синтеза катехоламинов . У людей, тирозин гидроксилазы кодируется TH гена , и фермент присутствует в центральной нервной системе (ЦНС), периферической симпатических нейронов и мозгового вещества надпочечников . Тирозингидроксилаза, фенилаланингидроксилаза и триптофангидроксилаза вместе составляют семейство гидроксилаз ароматических аминокислот. 1.1 Структура Тирозингидроксилаза представляет собой тетрамер из четырех идентичных субъединиц ( гомотетрамер ). Каждая субъединица состоит из трех доменов . На карбоксильном конце пептидной цепи есть короткий домен альфа-спирали, который допускает тетрамеризацию. Центральные ~ 300 аминокислот составляют каталитическое ядро, в котором расположены все остатки, необходимые для катализа, вместе с нековалентно связанным атомом железа. Железо удерживается двумя остатками гистидина и одним остатком глутамата , что делает его негемовым, не содержащим железо-серу ферментом. Аминоконцевой ~ 150 аминокислот составляют нормативную область, как полагают, контроль доступа субстратов в активном центре . Считается, что у людей существует четыре различных версии этого 5 регуляторного домена и, следовательно, четыре версии фермента, в зависимости от альтернативного сплайсинга , хотя ни одна из их структур еще не определена должным образом. Было высказано предположение, что этот домен может быть внутренне неструктурированным белком , который не имеет четко определенной третичной структуры , но до сих пор не было представлено доказательств, подтверждающих это утверждение. Однако было показано, что в домене редко встречаются вторичные структуры , что не ослабляет подозрения о неупорядоченной общей структуре. Что касается тетрамеризационного и каталитического доменов, то их структура была обнаружена с помощью тирозингидроксилазы крысы с помощью рентгеновской кристаллографии . Это показало, насколько его структура очень похожа на структуру фенилаланингидроксилазы и триптофангидроксилазы ; вместе они составляют семейство гомологичных гидроксилаз ароматических аминокислот . 1.2 Регулирование Активность тирозингидроксилазы кратковременно повышается за счет фосфорилирования . Регуляторный домен тирозингидроксилазы содержит несколько остатков серина (Ser), включая Ser8, Ser19, Ser31 и Ser40, которые фосфорилируются множеством протеинкиназ . Ser40 фосфорилируется цАМФ-зависимой протеинкиназой . Ser19 (и Ser40 в меньшей степени) фосфорилируется MAPKAPK2 кальций-кальмодулин-зависимой (протеинкиназа, активирующая протеинкиназой . митоген-активируемую протеинкиназу) имеет предпочтение по отношению к Ser40, но также фосфорилирует Ser19 примерно вдвое меньше, чем Ser40. Ser31 фосфорилируется ERK1 и ERK2 ( внеклеточные регулируемые киназы 1 и 2) и увеличивает активность фермента в меньшей степени, чем фосфорилирование Ser40. Фосфорилирование по Ser19 и Ser8 не оказывает прямого влияния на активность тирозингидроксилазы. Но фосфорилирование 6 по Ser19 увеличивает скорость фосфорилирования по Ser40, что приводит к увеличению активности фермента. Фосфорилирование по Ser19 вызывает двукратное увеличение активности через механизм, требующий белков 14-3-3 . Фосфорилирование по Ser31 вызывает небольшое повышение активности, и здесь механизм неизвестен. Тирозингидроксилаза в некоторой степени стабилизируется для тепловой инактивации, когда регуляторные серины фосфорилируются. Тирозингидроксилаза в основном присутствует в цитозоле, хотя в некоторой степени она также обнаруживается в плазматической мембране. Мембранная ассоциация может быть связана с упаковкой катехоламинов в везикулы и экспортом через синаптическую мембрану. Связывание тирозингидроксилазы с мембранами включает Nконцевую область фермента и может регулироваться трехсторонним взаимодействием между тирозингидроксилазы Тирозингидроксилаза Фосфорилирование и белками отрицательно также по 14-3-3, Ser40 может N-концевой заряженными регулироваться снимает областью мембранами. ингибированием. ингибирование с помощью катехоламинов дофамина, адреналина и норэпинефрина. Катехоламины улавливают железо активного центра в состоянии Fe (III), ингибируя фермент. Было показано, что на экспрессию тирозингидроксилазы может влиять экспрессия SRY . Подавление гена SRY в черной субстанции может привести к снижению экспрессии тирозингидроксилазы. Долгосрочная регуляция тирозингидроксилазы также может опосредоваться механизмами фосфорилирования. Гормоны (например, глюкокортикоиды ), лекарства (например, кокаин ) или вторичные мессенджеры, такие как цАМФ, увеличивают транскрипцию тирозингидроксилазы . Увеличение активности тирозингидроксилазы за счет фосфорилирования может поддерживаться никотином до 48 часов. Активность тирозингидроксилазы регулируется хронически (дни) путем синтеза белка. 7 1.3 Клиническое значение Дефицит Тирозингидроксилаза приводит к нарушению синтеза дофамина , а также эпинефрина и норэпинефрина . Он представлен прогрессирующей энцефалопатией и плохим прогнозом. Клинические признаки включают дистонию, которая минимально или не реагирует на леводопу , экстрапирамидные леводопой. Ответ на лечение варьируется, а долгосрочные и функциональные результаты неизвестны. Чтобы обеспечить основу для улучшения понимания эпидемиологии, корреляции генотипа / фенотипа и исхода этих заболеваний, их влияния на качество жизни пациентов, а также для оценки диагностических и терапевтических стратегий, некоммерческая Международная рабочая группа создала реестр пациентов. Расстройства, связанные с нейротрансмиттерами (iNTD). Кроме того, изменения активности фермента тирозингидроксилазы могут быть связаны с такими расстройствами, как дистония Сегавы , болезнь Паркинсона и шизофрения . Тирозингидроксилаза активируется зависимым от фосфорилирования связыванием с белками 14-3-3. Поскольку белки 14-3-3 также могут быть связаны с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона , они создают косвенную связь между тирозингидроксилазой и этими заболеваниями. Было показано, что активность тирозингидроксилазы в мозгу пациентов с болезнью Альцгеймера значительно снижена по сравнению со здоровыми людьми. Тирозингидроксилаза также аутоантиген в аутоиммунном синдроме Polyendocrine (APS) типа I . Постоянным отклонением от нормы при болезни Паркинсона является дегенерация дофаминергических нейронов в черной субстанции , ведущая к снижению уровней дофамина в полосатом теле. Поскольку тирозингидроксилаза лимитирующую стадию катализирует биосинтеза образование дофамина , L-DOPA, дефицит тирозингидроксилазы не вызывает болезнь Паркинсона, но обычно вызывает детский паркинсонизм, хотя спектр 8 расширяется до состояния, напоминающего дофамин- отзывчивая дистония . Также предполагалась прямая патогенетическая роль тирозингидроксилазы, поскольку фермент является источником H2O2 и других активных форм кислорода (ROS), а также мишенью для радикально-опосредованного продемонстрировано, что ДОФА тирозингидроксилазой млекопитающих, L- повреждения. эффективно что, возможно, Было окисляется способствует цитотоксическим эффектам L- ДОФА. Подобно другим клеточным белкам, тирозингидроксилаза также является возможной мишенью для повреждения изменений, вызванных ROS. Это предполагает, что некоторые из окислительных повреждений тирозингидроксилазы могут быть вызваны самой системой подавляться тирозингидроксилазы. препаратом Тирозингидроксилаза α-метил-пара-тирозин ( метирозин может ). Это ингибирование может привести к истощению запасов дофамина и норэпинеферина в головном мозге из-за отсутствия предшественника L- допа ( L -3,4-дигидроксифенилаланина), который синтезируется тирозингидроксилазой. Этот препарат используется редко и может вызвать депрессию, но он полезен при лечении феохромоцитомы, а также при резистентной гипертензии . Более старые примеры ингибиторов, упомянутых в литературе, включают уденон и акваямицин . симптомы, птоз , миоз и постуральную гипотензию . Это прогрессирующее и часто летальное заболевание, которое можно вылечить, но не вылечить 9 2 Нейронспецифическая енолаза Нейронспецифическая енолаза – одна из разновидностей фермента енолазы(Neuron-specific enolase NSE или НСЕ). Фермент енолазы присутствует во всех клетках человеческого организма и принимает активное участие в процессе гликолиза. Фермент енолазы состоит из 3-х составляющих: Альфа-енолаза может находиться в самых разных тканях человеческого организма. Альфа-енолаза может содержаться как в ядре, так и в цитоплазме клеток (Анца). Бета-енолаза содержится в мышце сердца и поперечно-полосатой мускульной ткани. Гамма-енолаза или нейронспецифическая енолаза присутствует в нервных тканях и опухолях, образованных из мутировавших нервных клеток. Каждая ткань имеет свою изоформу. Изоформы енолазы изначально были обнаружены в больших количествах в клетках нервной системы, нейроэндокринных клетках и из них происходящих новообразованиях. Особенность структуры этой изоформы позволяет ей существовать в цитоплазме, заключающей в себе повышенное содержание ионов хлора. Усиленный синтез фермента енолазы происходит в клетках опухоли и способствует высокой скорости гликолиза, сильному разрастанию новообразований, распространяющихся в окружающие ткани. Повышенный уровень NSE зачастую можно наблюдать при мелкоклеточном раке легкого, медуллярном раке щитовидной железы, феохромоцитоме, нейроэндокринных опухолях кишечника и поджелудочной железы. Уровень НСЕ в сыворотке крови существенно повышается при наличии многих патологий с локализацией в головном мозге, в том числе и при опухолевой прогрессии. Для стабилизации димерной структуры енолазы используют ионы металлов: магния, цинка, кобальта, марганца, никеля и кадмия. При этом ионы 10 металлов не встроены в белковую структуру енолаз, поэтому последние определяют не как металлоферменты, а как активируемые металлами ферментные комплексы. Как и другие енолазы, изоформы НСЕ локализуются преимущественно в цитозоле клеток. Точная локализация енолаз обеспечивается короткими вариабельными участками в их структуре, которые выполняют роль контактов с элементами цитоскелета. В нейронах и клетках нейроэндокринной системы гамма-енолаза специфично ассоциирована с плазматической мембраной. В малых количествах НСЕ обнаруживается в цитоплазме клеток, не связанных с нервной и нейроэндокринной системами. Так, было отмечено наличие фермента в эритроцитах, клетках предстательной железы и матки. При этом в случае неспецифической локализации НСЕ обнаруживается изоформа, состоящая из альфа- и гаммасубъединиц, тогда как большая часть фермента в нервной ткани является гомодимерной. Также гамма-енолаза обнаруживается в ядрах злокачественно трансформированных клеток уротелия и эпителия молочных желез. Физиологическая роль НСЕ заключается в катализе дегидратации 2фосфоглицерата в ходе гликолиза, который является основным механизмом получения энергии нейронами. В ходе глюконеогенеза данный фермент катализирует обратную реакцию превращения фосфоенолпирувата. Гликолитическая роль НСЕ сохраняется и при опухолевой прогрессии. Активная экспрессия ферментов гликолиза, в том числе и гамма-енолазы, реализует эффект Варбурга, приводящий к образованию большого количества энергетических субстратов для клеток растущей опухоли. Открытие регуляторных функций енолаз дает основание предполагать, что их роль в физиологических и патологических процессах заключается не только в реализации гликолитического эффекта. В строении гамма-енолазы выделяют С-концевую часть, которая не участвует в гликолизе. 11 Данный участок обеспечивает выживание нейронов при повреждении нервной ткани за счет регуляции работы сигнальных путей. В ткани опухоли С-концевой участок НСЕ снижает влияние терапевтических агентов на трансформированные клетки и аналогичным образом предотвращает их деградацию. Рисунок 1 Упрощенная схема участия НСЕ в выживании нейронов Кроме того, результатом функционирования НСЕ в опухолевых клетках является ремоделирование их цитоскелета с формированием актиновых филаментов, облегчающих миграцию и инвазию клеток. Таким образом, обеспечивая метаболизм и выживание опухоли при проведении терапии, НСЕ существенно ускоряет процесс опухолевой прогрессии. 2.1 Причины повышения показателя Нейронспецифическая енолаза возрастает вследствие следующих предпосылок: новообразования Медуллярный мозговой коры. Когда 12 рак Злокачественные опухоли развиваются на парафолликулярных клетках щитовидки или в хромаффиноцитах головного мозга, в кровь поступает большое количество ферментов. Мелкоклеточный рак легких. Карциномы подобной локализации также способны продуцировать специфические энзимы. щитовидки. Феохромоцитома. Это опухоль мозгового вещества надпочечников. Инсулинома и глюкагонома. Этими медицинскими терминами обозначают новообразования разных клеточных структур поджелудочной железы. Атеросклеротическая, травматическая или токсическая деменция. Под ней подразумевают умственное снижение вследствие дегенеративных процессов. 13 Заключение Дефицит тирозингидроксилазы (тг) связан с широким фенотипическим спектром. На основе серьезности симптомов и признаков, а также восприимчивость к терапии леводопой, три клинических фенотипов от самых легких до самых тяжелых являются: Е-дефицитных ДОФа-чувствительная дистония (РРП) (DYT5b, дят-й); й-дефицитных инфантильных паркинсонизма с мотором задержки; и-Е-дефицитных прогрессивный инфантильной энцефалопатии. Кроме того, было выявлено несколько атипичных тяжелых форм. Ни один из симптомов и признаков дефицита ТГ не улучшается без надлежащего лечения. Нейроспецифическая енолаза является гликолитическим энзимом. Ее молекулярный вес составляет 80 кДа. Его выше упомянутые три типа также именуют димерами. Отличие форм проявляется на уровне свойств, однако все они имеют иммунологическое начало. Важно знать, что к нейроспецифической енолазе относят λ- λ и α- λ изоформы гамма-енолазы. Изначально она была обнаружена в нервных и нейроэндокринных клетках. Также НСЭ находят в новообразованиях. 14 Список использованных источников 1. New Insights into the Role of Neuron-Specific Enolase in NeuroInflammation, Neurodegeneration and Neuroprotection. / Azizul Haque, Rachel Polcyn, Denise Matzelle, Naren L. Banik. // Brain Sci. - 2018. - Vol. 8, №2. 2. Neuronal markers are expressed in human gliomas and NSE knockdown sensitizes glioblastoma cells to radiotherapy and temozolomide. / Tao Yan, Kai Ove Skaftnesmo, Lina Leiss [et al] // BMC Cancer. - 2011. - Vol. 11, №254. 3. Serum neuron-specific enolase (S-NSE) in progressive small-cell lung cancer (SCLC). / LGM Jorgensen, K Osterlind, HH Hansen, EH Cooper. // Brit J Canc. 1994. - Vol. 70. - p. 759-761. 4. Predictive and Prognostic Significance of Neuron-specific Enolase (NSE) in Nonsmall Cell Lung Cancer. / Marcello Tiseo, Andrea Ardizzoni, Mara Argenide Cafferata [et al] // Anticancer Res. - 2008. - Vol. 28. - p. 507-514. 5. Neuron-Specific Enolase as a Biomarker: Biochemical and Clinical Aspects. / Maria Antoinetta Isgro, Patrizia Bottoni, Roberto Scatena. // Adv Exp Med Biol. 2015. - Vol. 867. - p. 125-143. 6. Gamma-enolase: a well-known tumour marker, with a less-known role in cancer. / Tjasa Vizin, Janko Kos. // Radiol Oncol. - 2015. - Vol. 49, №3. - p. 217-226. 7. Gamma-enolase C-terminal peptide promotes cell survival and neurite outgrowth by activation of the PI3K/Akt and MAPK/ERK signalling pathways. / Hafner A, Obermajer N, Kos J. // Biochem J. - 2012. - Vol. 443, №2. - p. 439-450. 15
