Fumaraza ili fumarat-hidrataza jest enzim koji je kod ljudi kodiran genom FM sa hromosoma 1. Katalizira reverzibilnu hidrataciju/dehidrataciju fumarata u malat. Fumaraza dolazi u dva oblika: mitohondrijska i citosolna. Mitohondrijski izoenzim je uključen u Krebsov ciklus, a citosolni izoenzim u metabolizam aminokiselina i fumarata. Subćelijska lokalizacija je uspostavljena prisustvom signalne sekvence na amino terminalu u mitohondrijskom obliku, dok je subćelijska lokalizacija u citosolnom obliku uspostavljena odsustvom signalne sekvence koja se nalazi u mitohondrijskoj varijanti.[5]

FH
Dostupne strukture
PDBPretraga ortologa: PDBe RCSB
Spisak PDB ID kodova

3E04

Identifikatori
AliasiFH
Vanjski ID-jeviOMIM: 136850 MGI: 95530 HomoloGene: 115 GeneCards: FH
Lokacija gena (čovjek)
Hromosom 1 (čovjek)
Hrom.Hromosom 1 (čovjek)[1]
Hromosom 1 (čovjek)
Genomska lokacija za FH
Genomska lokacija za FH
Bend1q43Početak241,497,511 bp[1]
Kraj241,519,799 bp[1]
Lokacija gena (miš)
Hromosom 1 (miš)
Hrom.Hromosom 1 (miš)[2]
Hromosom 1 (miš)
Genomska lokacija za FH
Genomska lokacija za FH
Bend1|1 H3Početak175,427,940 bp[2]
Kraj175,453,201 bp[2]
Ontologija gena
Molekularna funkcija GO:0001948, GO:0016582 vezivanje za proteine
catalytic activity
lyase activity
fumarate hydratase activity
Ćelijska komponenta citoplazma
tricarboxylic acid cycle enzyme complex
mitochondrial matrix
Egzosom
mitohondrija
Biološki proces homeostasis of number of cells within a tissue
Krebsov ciklus
malate metabolic process
fumarate metabolic process
positive regulation of cold-induced thermogenesis
Izvori:Amigo / QuickGO
Ortolozi
VrsteČovjekMiš
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNK)

NM_000143

NM_010209

RefSeq (bjelančevina)

NP_000134

NP_034339

Lokacija (UCSC)Chr 1: 241.5 – 241.52 MbChr 1: 175.43 – 175.45 Mb
PubMed pretraga[3][4]
Wikipodaci
Pogledaj/uredi – čovjekPogledaj/uredi – miš
Fumaraza
Identifikatori
SimbolFM

Ovaj enzim učestvuje u dva metabolička puta: ciklus limunske kiseline i redukcioni ciklus limunske kiseline (fiksacija CO2), a također je važan kod karcinoma bubrežnih ćelija. Mutacije ovog gena povezane su s razvojem lejomioma na koži i maternici, u kombinaciji s karcinomom bubrežnih ćelija.

Nomenklatura

uredi

Ovaj enzim pripada porodici lijaza, posebno hidrolijazama, koje cijepaju veze ugljik-kisik. Sistematski naziv ove klase enzima je '(S)-malat hidro-lijaza (formira fumarat). Ostali nazivi u uobičajenoj upotrebi uključuju:

Aminokiselinska sekvenca

uredi

Dužina polipeptidnog lanca je 510 aminokiselina, a molekulska težina 54.637 Da.[6]

1020304050
MYRALRLLARSRPLVRAPAAALASAPGLGGAAVPSFWPPNAARMASQNSF
RIEYDTFGELKVPNDKYYGAQTVRSTMNFKIGGVTERMPTPVIKAFGILK
RAAAEVNQDYGLDPKIANAIMKAADEVAEGKLNDHFPLVVWQTGSGTQTN
MNVNEVISNRAIEMLGGELGSKIPVHPNDHVNKSQSSNDTFPTAMHIAAA
IEVHEVLLPGLQKLHDALDAKSKEFAQIIKIGRTHTQDAVPLTLGQEFSG
YVQQVKYAMTRIKAAMPRIYELAAGGTAVGTGLNTRIGFAEKVAAKVAAL
TGLPFVTAPNKFEALAAHDALVELSGAMNTTACSLMKIANDIRFLGSGPR
SGLGELILPENEPGSSIMPGKVNPTQCEAMTMVAAQVMGNHVAVTVGGSN
GHFELNVFKPMMIKNVLHSARLLGDASVSFTENCVVGIQANTERINKLMN
ESLMLVTALNPHIGYDKAAKIAKTAHKNGSTLKETAIELGYLTAEQFDEW
VKPKDMLGPK

Struktura

uredi
 
Fumarazni C-tetramer E. coli

Kod ljudi, FH gen je lokaliziran na hromosomskom položaju 1q42.3–q43. FH gen sadrži 10 egzona.

Protein

uredi

Uočeno je da kristalne strukture fumaraze C iz Escherichia coli imaju dva međusobno bliska dikarboksilatna mjesta vezanja. Poznata su kao aktivna mjesta i B-lokacija. Ova mjesta su povezana nizom vodikovih veza i pristup oba mjesta je samo kroz otvor blizu površine enzima u blizini B-mjesta.[7] Aktivno mjesto sastoji se od tri domena. Čak i kada nijedan ligand nije vezan za aktivno mjesto, džep za vezivanje stvoren okolnim ostacima je dovoljan da veže vodu na svom mjestu.[7] Kristalografska istraživanja na B-mjestu enzima uočila su da postoji pomak na His129 između slobodnih i okupiranih stanja. Također se sugerira da upotreba imidazol-imidazolium konverzije kontrolira pristup alosternom B-mjestu.[7]

Podtipovi

uredi

Postoje dvije klase fumaraza, klasa I i klasa II.[8] Klasifikacija zavisi od rasporeda njihovih relativnih podjedinica, njihove potrebe za metalnim ionima i njihove termičke stabilnosti. Fumaraze klase I mijenjaju stanje ili postaju neaktivne kada su podvrgnute zoploti ili zračenju, osjetljive su na superoksidni anion, a ovise gvožđu (Fe2+) i dimerni su proteini od kojih se svaka podjedinica sastoji od oko 120 kD. Fumaraze klase II, koje se nalaze i kod prokariota kao i kod eukariota, su tetramerni enzimi sa podjedinicama od 200 kD, koje sadrže po tri različita segmenta značajno homolognih aminokiselina. Također su nezavisni od gvožđa i toplotno stabilni. Poznato je da prokarioti imaju tri različita oblika fumaraze: fumarazu A, fumarazu B i fumarazu C. Fumaraza A i fumaraza B iz Escherichia coli su klasifiicirane kao klasa I, dok je fumaraza C dio fumarazne klase II.[9]

Funkcija

uredi

Mehanizam

uredi
 
Slika 1: Konverzija fumarata u S-malat pomoću fumaraze putem karbanionskog intermedijera

Slika 1 prikazuje mehanizam reakcije fumaraze. Dva ostatka katalizuju prijenos protona, a stanje ionizacije ovih ostataka je dijelom definirano sa dva oblika enzima, E1 i E2. U E1, grupe postoje u interno neutraliziranom AH/B: stanju, dok se u E2 javljaju u blizanačko A/BH+ stanje. E1 vezuje fumarat i olakšava njegovu transformaciju u malat, a E2 vezuje malat i olakšava njegovu transformaciju u fumarat. Ova dva oblika moraju proći izomerizaciju sa svakim katalitskim obrtom.[10]

 
Slika 2: Konverzija fumarata u S-malat.

Uprkos biološkom značaju, mehanizam reakcije fumaraze nije u potpunosti shvaćen. Sama reakcija se može pratiti u oba smjera; međutim, formiranje fumarata iz S-malata posebno je manje razumljivo zbog visoke vrijednosti pKa HR atoma (slika 2) koji se uklanja bez pomoći bilo kojeg kofaktora ili koenzima. Reakcija iz fumarata u S-malat je bolje razumljiva i uključuje stereospecifičnu hidrataciju fumarata da bi se dobio S-malat trans-adicijom hidroksil grupe i atoma vodika. Rano istraživanje ove reakcije sugeriralo je da je stvaranje fumarata iz S-malata uključivalo dehidrataciju malata u karbokationski intermedijer, koji zatim gubi alfa-proton da bi formirao fumarat. Ovo je dovelo do zaključka da se formiranje S-malata odvija kao E1-eliminacija – protoniranje fumarata da bi se stvorio karbokation praćeno dodavanjem hidroksilne grupe iz H2O. Međutim, novija ispitivanja su pružila dokaze da se mehanizam zapravo odvija kroz kiselinsko-baznu kataliziranu eliminaciju pomoću karbanionskog intermedijera, što znači da se odvija kao E1cB eliminacija (Slika 1).[10][11][12]

Biohemijski put

uredi

Funkcija fumaraze u ciklusu limunske kiseline je da olakša prelazni korak u proizvodnji energije u obliku NADH.[13] U citosolu, enzim funkcionira da metabolizira fumarat, koji je nusprodukt ciklusa ureje, kao i katabolizma aminokiselina. Studije su otkrile da se aktivno mjesto sastoji od aminokiselinskih ostataka iz tri od četiri podjedinice unutar tetramernog enzima.[9][10][11][12]

Ostale podloge

uredi

Glavni supstrati za fumarazu su malat i fumarat. Međutim, enzim također može katalizirati dehidraciju D-tartrata, što rezultira enol-oksaloacetatom. Enol-oksaloacetat se zatim može izomerizirati u keto-oksaloacetat. I fumaraza A i fumaraza B imaju u suštini istu kinetiku enzima za reverzibilnu konverziju malata u fumarazu, ali fumaraza-B ima mnogo veću katalitsku efikasnost za konverziju D-tartarata u oksaloacetat u poređenju sa fumarazom A.[14] To omogućava bakterijama kao što je E. coli da koriste D-tartarat za svoj rast; rast mutanata sa poremećenim genom fumB, koji kodira fumarazu-B na D-tartratu bio je ozbiljno poremećen.[14]

Klinički značaj

uredi

Nedostatak fumaraze karakteriziraju polihidramnioni i abnormalnosti fetusnog mozga. U periodu novorođenčeta nalazi uključuju teške neurološke abnormalnosti, loše hranjenje, neuspjeh u razvoju i hipotoniju. Sumnja se na nedostatak fumaraze kod novorođenčadi s višestrukim teškim neurološkim abnormalnostima u odsustvu akutne metaboličke krize. Neaktivnost i citosolnog i mitohondfrijskog oblika fumaraze su potencijalni uzroci. Izolovana, povećana koncentracija fumarne kiseline u analizi organske kiseline u urinu vrlo sugerira nedostatak fumaraze. Sda je dostupno molekulsko genetičko testiranje na nedostatak fumaraze.[8]

Fumaraza je rasprostranjena i u tkivima fetusa i odraslih. Veliki postotak enzima eksprimiran je izražen u koži, paratiroidnoj žlijezdi, [[limf<a|limfi]] i debelom crijevu. Mutacije u proizvodnji i razvoju fumaraze dovele su do otkrića nekoliko bolesti povezanih s fumarazom kod ljudi. To uključuje benigne mezenhimne tumore maternice, lejomorfozu i karcinom bubrežnih ćelija i nedostatak fumaraze. Germinativne mutacije u fumarazi povezane su s dva različita stanja. Ako enzim ima misens mutaciju i delecije unutar okvira 3' kraja, nastaje nedostatak fumaraze. Ako sadrži heterozigotmu 5' misens mutaciju i delecije (u rasponu od jednog para baza do cijelog gena), tada lejomiomatoza i karcinom bubrežnih ćelija/Reedov sindrom (višestruki kožni i maternični mogu rezultirati lejomiomatozama).[8][9]

Interaktivna mapa puta

uredi

Šablon:TCACycle WP78

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ a b c GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000091483 - Ensembl, maj 2017
  2. ^ a b c GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000026526 - Ensembl, maj 2017
  3. ^ "Human PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
  5. ^ FH (fumarate hydratase)
  6. ^ "UniProt, P07954" (jezik: en.). Pristupljeno 11. 12. 2021.CS1 održavanje: nepoznati jezik (link)
  7. ^ a b c Weaver T (oktobar 2005). "Structure of free fumarase C from Escherichia coli". Acta Crystallogr. D. 61 (Pt 10): 1395–401. doi:10.1107/S0907444905024194. PMID 16204892.
  8. ^ a b c Lynch AM, Morton CC (1. 7. 2006). "FH (fumarate hydratase)". Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology.
  9. ^ a b c Estévez M, Skarda J, Spencer J, Banaszak L, Weaver TM (juni 2002). "X-ray crystallographic and kinetic correlation of a clinically observed human fumarase mutation". Protein Sci. 11 (6): 1552–7. doi:10.1110/ps.0201502. PMC 2373640. PMID 12021453.
  10. ^ a b c Hegemony AD, Frey PA (2007). Enzymatic reaction mechanisms. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-512258-9.
  11. ^ a b Begley TP, McMurry J (2005). The organic chemistry of biological pathways. Roberts and Co. Publishers. ISBN 978-0-9747077-1-6.
  12. ^ a b Walsh C (1979). Enzymatic reaction mechanisms. San Francisco: W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0070-8.
  13. ^ Yogev O, Naamati A, Pines O (2011). "Fumarase: a paradigm of dual targeting and dual localized functions". The FEBS Journal. 278 (22): 4230–42. doi:10.1111/j.1742-4658.2011.08359.x. PMID 21929734.
  14. ^ a b van Vugt-Lussenburg BM, van der Weel L, Hagen WR, Hagedoorn PL (26. 2. 2021). "Biochemical similarities and differences between the catalytic [4Fe-4S] cluster containing fumarases FumA and FumB from Escherichia coli". PLOS ONE. 8 (2): e55549. doi:10.1371/journal.pone.0055549. PMC 3565967. PMID 23405168.

Vanjski linkovi

uredi