Фумаразы (или фумарат гидратаза ) представляет собой фермент , который катализирует обратимую гидратации / дегидратации из фумарата в малат . Фумараза бывает двух форм: митохондриальной и цитозольной . Митохондриальный изофермент участвуют в цикле Кребса (также известной как цикл трикарбоновых кислот [TCA] или цикл лимонной кислоты) и цитозольный изофермент участвуют в обмен веществ из аминокислоти фумарат. Субклеточная локализация устанавливается по наличию сигнальной последовательности на аминоконце в митохондриальной форме, в то время как субклеточная локализация в цитозольной форме устанавливается по отсутствию сигнальной последовательности, обнаруживаемой в митохондриальной разновидности. [4]
FH |
---|
|
Доступные конструкции |
---|
PDB | Ортолог поиск: PDBe RCSB |
---|
Список идентификационных кодов PDB |
---|
3E04 |
|
|
Идентификаторы |
---|
Псевдонимы | FH , фумаратгидратаза, HLRCC, LRCC, MCL, MCUL1, FMRD, фумаратгидратаза, HsFH |
---|
Внешние идентификаторы | OMIM : 136850 MGI : 95530 HomoloGene : 115 GeneCards : FH |
---|
Расположение гена ( человек ) |
---|
| Chr. | Хромосома 1 (человека) [1] |
---|
| Группа | 1q43 | Начинать | 241 497 511 п.н. [1] |
---|
Конец | 241 519 799 п.н. [1] |
---|
|
|
Ортологи |
---|
Разновидность | Человек | Мышь |
---|
Entrez | | |
---|
Ансамбль | | |
---|
UniProt | | |
---|
RefSeq (мРНК) | | |
---|
RefSeq (белок) | | |
---|
Расположение (UCSC) | Chr 1: 241,5 - 241,52 Мб | н / д |
---|
PubMed поиск | [2] | [3] |
---|
Викиданные |
Просмотр / редактирование человека | Просмотр / редактирование мыши |
|
Этот фермент участвует в 2 метаболических путях : лимонная кислота цикл , восстановительное цикл лимонной кислоты (СО 2 фиксации), а также имеет важное значение в почечно - клеточной карциноме . Мутации в этом гене были связаны с развитием лейомиом на коже и матке в сочетании с почечно-клеточной карциномой.
Этот фермент принадлежит к семейству лиаз , а именно к гидролазам, которые расщепляют углерод-кислородные связи. Систематическое название данного фермента класс (S) -malate гидро-лиаза (фумарат образующий) . Другие широко используемые имена включают:
- фумараза
- L-малат гидролаза
- (S) -малат гидролаза
Ген
Ген FH локализован в хромосомной позиции 1q42.3-q43. Ген FH содержит 10 экзонов.
Протеин
Тетрамер фумазы С, кишечная палочка
Было обнаружено, что кристаллические структуры фумаразы C из Escherichia coli имеют два занятых сайта связывания дикарбоксилата . Они известны как активный сайт и сайт B. Активный сайт и сайт B идентифицированы как имеющие области, не занятые связанным лигандом . Эта так называемая «свободная» кристаллическая структура демонстрирует сохранение воды в активном центре. Подобная ориентация была обнаружена в других кристаллических структурах фумаразы C. Кристаллографические исследования сайта B фермента показали, что есть сдвиг на His129. Эта информация свидетельствует о том, что вода является постоянным компонентом активного центра. Он также предполагает , что использование имидазола - имидазолия управления преобразования доступ к аллостерическому сайта B. [5]
Механизм
Рисунок 1: Превращение фумарата в S-малат.
Рисунок 2: Превращение фумарата в S-малат под действием фумаразы через промежуточный карбанион.
На рисунке 2 изображен механизм реакции фумаразы. Две кислотно-основные группы катализируют перенос протона, и состояние ионизации этих групп частично определяется двумя формами фермента E 1 и E 2 . В E 1 группы существуют во внутренне нейтрализованном состоянии AH / B :, тогда как в E 2 они находятся в цвиттерионном состоянии A- / BH + . E 1 связывает фумарат и облегчает его превращение в малат, а E 2 связывает малат и облегчает его превращение в фумарат. Две формы должны подвергаться изомеризации при каждом каталитическом обороте. [6]
Несмотря на его биологическое значение, механизм реакции фумаразы до конца не изучен. Сама реакция может отслеживаться в любом направлении; однако именно образование фумарата, в частности, из S-малата, менее изучено из-за высокого значения pK a атома H R (рис. 1), который удаляется без помощи каких-либо кофакторов или коферментов . Однако реакция фумарата на L-малат более понятна и включает стереоспецифическую гидратацию фумарата с образованием S-малата путем транс-присоединения гидроксильной группы и атома водорода через транс-1,4-присоединение гидроксильной группы. Ранние исследования этой реакции показали, что образование фумарата из S-малата связано с дегидратацией малата до карбокатионного промежуточного продукта, который затем теряет альфа-протон с образованием фумарата. Это привело к выводу, что при образовании S-малата в результате элиминирования фумарата E1 протонирование фумарата до карбокатиона сопровождалось дополнительной гидроксильной группой из H 2 O. Однако более недавние испытания предоставили доказательства того, что механизм на самом деле происходит посредством отщепления, катализируемого кислотно- щелочным катализатором, посредством отщепления карбанионного промежуточного соединения E1CB (рис. 2). [6] [7] [8]
Биохимический путь
Функция фумаразы в цикле лимонной кислоты заключается в облегчении переходного этапа в производстве энергии в форме НАДН . [9] В цитозоле фермент метаболизирует фумарат, который является побочным продуктом цикла мочевины, а также катаболизма аминокислот. Исследования показали, что активный сайт состоит из аминокислотных остатков трех из четырех субъединиц тетрамерного фермента. [10]
Первичный сайт связывания фумаразы известен как каталитический сайт A. Исследования показали, что каталитический сайт A состоит из аминокислотных остатков трех из четырех субъединиц тетрамерного фермента. Два потенциальных кислотно-основных каталитических остатка в реакции включают His 188 и Lys 324. [6] [7] [8]
Подтипы
Есть два класса фумаразов. [11] Классификация зависит от расположения соответствующих субъединиц, их потребности в металле и их термической стабильности. К ним относятся класс I и класс II. Фумаразы класса I способны изменять состояние или становиться неактивными под воздействием тепла или излучения, чувствительны к супероксид-аниону, зависят от железа II (Fe2 +) и являются димерными белками, состоящими примерно из 120 кДа. Фумаразы класса II, обнаруженные как у прокариот, так и у эукариот, представляют собой тетрамерные ферменты с плотностью 200 000 дптр, которые содержат три отдельных сегмента значительно гомологичных аминокислот. Они также не зависят от железа и термостабильны. Известно, что у прокариот есть три различных формы фумаразы: фумараза A, фумараза B и фумараза C. Фумараза C является частью фумаразы класса II, тогда как фумараза A и фумараза B из Escherichia coli ( E. coli ) классифицируются как класс I. [10]
Другие субстраты
Основными субстратами для фумаразы являются малат и фумарат. Тем не менее, этот фермент может также катализировать дегидратацию D- тартрата , что приводит к enol- оксалоацетата . Энолоксалоацетат может затем изомеризоваться в кетооксалоацетат. И фумараза A, и фумараза B имеют по существу одинаковую кинетику обратимого превращения малата в фумаразу, но фумараза B имеет гораздо более высокую каталитическую эффективность для превращения D-тартрата в оксалоацетат по сравнению с фумаразой A. [12] Это позволяет бактериям, например, E. coli использует D-тартрат для своего роста; рост мутантов с деструктивным геном fumB, кодирующим фумаразу B на D-тартрате, был серьезно нарушен. [12]
Дефицит фумаразы характеризуется многоводием и аномалиями головного мозга плода. В период новорожденности обнаруживаются тяжелые неврологические нарушения, плохое питание, задержка развития и гипотония . Дефицит фумаразы подозревается у младенцев с множественными тяжелыми неврологическими нарушениями при отсутствии острого метаболического кризиса. Потенциальными причинами могут быть неактивность цитозольной и митохондриальной форм фумаразы. Изолированная повышенная концентрация фумаровой кислоты в анализе на органическую кислоту мочи свидетельствует о недостаточности фумаразы. В настоящее время доступно молекулярно-генетическое тестирование на дефицит фумаразы. [11]
Фумараза распространена как в тканях плода, так и в тканях взрослого человека. Большой процент фермента экспрессируется в коже , паращитовидных железах , лимфе и толстой кишке . Мутации в производстве и развитии фумаразы привели к открытию нескольких связанных с фумаразой заболеваний у людей. К ним относятся доброкачественные мезенхимальные опухоли матки, лейомиоматоз и почечно-клеточная карцинома , а также дефицит фумаразы . Зародышевые мутации фумаразы связаны с двумя различными состояниями. Если фермент имеет миссенс- мутацию и делеции в рамке считывания с 3'-конца, возникает дефицит фумаразы. Если он содержит гетерозиготную 5 'миссенс-мутацию и делеции (от одной пары оснований до целого гена), то может возникнуть лейомиоматоз и почечно-клеточная карцинома / синдром Рида ( множественный кожный лейомиоматоз и лейомиоматоз матки ). [10] [11]
Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы ссылки на соответствующие статьи. [§ 1]
- ^ Интерактивную карту путей можно редактировать на WikiPathways: "TCACycle_WP78" .