Fumarasa - Fumarase
La fumarasa (o fumarato hidratasa ) es una enzima que cataliza la hidratación / deshidratación reversible de fumarato a malato . La fumarasa se presenta en dos formas: mitocondrial y citosólica . La isoenzima mitocondrial participa en el ciclo de Krebs (también conocido como ciclo del ácido tricarboxílico [TCA] o ciclo del ácido cítrico) y la isoenzima citosólica participa en el metabolismo de los aminoácidos y el fumarato. La localización subcelular se establece por la presencia de una secuencia señal en el extremo amino en la forma mitocondrial, mientras que la localización subcelular en la forma citosólica se establece por la ausencia de la secuencia señal que se encuentra en la variedad mitocondrial.
Este participa la enzima en 2 vías metabólicas : ciclo del ácido cítrico , reductora ciclo del ácido cítrico (CO 2 de fijación), y es también importante en carcinoma de células renales . Las mutaciones en este gen se han asociado con el desarrollo de leiomiomas en la piel y el útero en combinación con el carcinoma de células renales.
Nomenclatura
Esta enzima pertenece a la familia de las liasas , específicamente las hidroliasas, que escinden los enlaces carbono-oxígeno. El nombre sistemático de esta clase de enzimas es (S) -malato hidro-liasa (formadora de fumarato) . Otros nombres de uso común incluyen:
- fumarase
- L-malato hidro-liasa
- (S) -malato hidro-liasa
Estructura
Gene
El gen FH se localiza en la posición cromosómica 1q42.3-q43. El gen FH contiene 10 exones.
Proteína
Se ha observado que las estructuras cristalinas de la fumarasa C de Escherichia coli tienen dos sitios de unión de dicarboxilato ocupados . Estos se conocen como el sitio activo y el sitio B. Tanto el sitio activo como el sitio B se identifican por tener áreas no ocupadas por un ligando unido . Esta estructura cristalina llamada "libre" demuestra la conservación del agua del sitio activo. Se ha descubierto una orientación similar en otras estructuras cristalinas de fumarasa C. La investigación cristalográfica en el sitio B de la enzima ha observado que hay un cambio en His129. Esta información sugiere que el agua es un componente permanente del sitio activo. También sugiere que el uso de una conversión de imidazol - imidazolio controla el acceso al sitio B alostérico.
Función
Mecanismo
La figura 2 muestra el mecanismo de reacción de la fumarasa. Dos grupos ácido-base catalizan la transferencia de protones, y el estado de ionización de estos grupos está definido en parte por dos formas de la enzima E 1 y E 2 . En E 1 , los grupos existen en un estado AH / B: neutralizado internamente, mientras que en E 2 , se encuentran en un estado A- / BH + de ion híbrido . E 1 se une al fumarato y facilita su transformación en malato, y E 2 se une al malato y facilita su transformación en fumarato. Las dos formas deben sufrir isomerización con cada renovación catalítica.
A pesar de su importancia biológica, el mecanismo de reacción de la fumarasa no se comprende completamente. La reacción en sí se puede controlar en cualquier dirección; sin embargo, es la formación de fumarato a partir de S-malato en particular lo que se comprende menos debido al alto valor de pK a del átomo de H R (Fig. 1) que se elimina sin la ayuda de ningún cofactor o coenzima . Sin embargo, la reacción de fumarato a L-malato se comprende mejor e implica una hidratación estereoespecífica de fumarato para producir S-malato por transadición de un grupo hidroxilo y un átomo de hidrógeno mediante la adición trans 1,4 de un grupo hidroxilo. Las primeras investigaciones sobre esta reacción sugirieron que la formación de fumarato a partir de S-malato implicaba la deshidratación del malato a un intermedio carbocatiónico, que luego pierde el protón alfa para formar fumarato. Esto llevó a la conclusión de que en la formación de S-malato a partir de la eliminación de fumarato E1 , la protonación de fumarato en el carbocatión fue seguida por la adición de un grupo hidroxilo de H 2 O. Sin embargo, ensayos más recientes han proporcionado evidencia de que el mecanismo realmente tiene lugar a través de una eliminación catalizada ácido-base mediante una eliminación E1CB intermedio carbaniónico (Figura 2).
Vía bioquímica
La función de la fumarasa en el ciclo del ácido cítrico es facilitar un paso de transición en la producción de energía en forma de NADH . En el citosol, la enzima funciona para metabolizar el fumarato, que es un subproducto del ciclo de la urea y del catabolismo de los aminoácidos. Los estudios han revelado que el sitio activo está compuesto por residuos de aminoácidos de tres de las cuatro subunidades dentro de la enzima tetramérica.
El sitio de unión primario en la fumarasa se conoce como sitio catalítico A. Los estudios han revelado que el sitio catalítico A está compuesto por residuos de aminoácidos de tres de las cuatro subunidades dentro de la enzima tetramérica. Dos posibles residuos catalíticos ácido-base en la reacción incluyen His 188 y Lys 324.
Subtipos
Hay dos clases de fumarasas. Las clasificaciones dependen de la disposición de su subunidad relativa, su requerimiento de metal y su estabilidad térmica. Estos incluyen la clase I y la clase II. Las fumarasas de clase I pueden cambiar de estado o volverse inactivas cuando se someten a calor o radiación, son sensibles al anión superóxido, dependen del hierro II (Fe2 +) y son proteínas diméricas que constan de alrededor de 120 kD. Las fumarasas de clase II, que se encuentran tanto en procariotas como en eucariotas, son enzimas tetraméricas de 200.000 D que contienen tres segmentos distintos de aminoácidos significativamente homólogos. También son independientes del hierro y termoestables. Se sabe que los procariotas tienen tres formas diferentes de fumarasa: Fumarasa A, Fumarasa B y Fumarasa C. La fumarasa C es parte de las fumarasas de clase II, mientras que la Fumarasa A y la Fumarasa B de Escherichia coli ( E. coli ) se clasifican como clase I.
Otros sustratos
Los principales sustratos de la fumarasa son el malato y el fumarato. Sin embargo, la enzima también puede catalizar la deshidratación de D- tartrato de que los resultados en enol oxaloacetato . El enol-oxalacetato puede luego izomerizar en ceto-oxalacetato. Tanto la fumarasa A como la fumarasa B tienen esencialmente la misma cinética para la conversión de malato reversible a fumarasa, pero la fumarasa B tiene una eficiencia catalítica mucho mayor para la conversión de D-tartrato en oxaloacetato en comparación con la fumarasa A. Esto permite que bacterias como E. coli use D-tartrato para su crecimiento; el crecimiento de mutantes con un gen disruptivo fumB que codifica Fumarasa B en D-tartrato se vio gravemente afectado.
Significación clínica
La deficiencia de fumarasa se caracteriza por polihidramnios y anomalías cerebrales fetales. En el período neonatal, los hallazgos incluyen anomalías neurológicas graves, mala alimentación, retraso del crecimiento e hipotonía . Se sospecha deficiencia de fumarasa en lactantes con múltiples anomalías neurológicas graves en ausencia de una crisis metabólica aguda. La inactividad de las formas citosólica y mitocondrial de fumarasa son causas potenciales. El aumento aislado de la concentración de ácido fumárico en el análisis de ácidos orgánicos en orina es muy sugestivo de deficiencia de fumarasa. Actualmente se dispone de pruebas genéticas moleculares para la deficiencia de fumarasa.
La fumarasa prevalece tanto en tejidos fetales como adultos. Un gran porcentaje de la enzima se expresa en piel , paratiroides , linfa y colon . Las mutaciones en la producción y el desarrollo de la fumarasa han llevado al descubrimiento de varias enfermedades relacionadas con la fumarasa en los seres humanos. Estos incluyen tumores mesenquimales benignos del útero, leiomiomatosis y carcinoma de células renales y deficiencia de fumarasa . Las mutaciones germinales en la fumarasa están asociadas con dos condiciones distintas. Si la enzima tiene una mutación sin sentido y deleciones en el marco del extremo 3 ', se produce una deficiencia de fumarasa. Si contiene mutaciones y deleciones heterocigóticas en 5 'sin sentido (que van desde un par de bases hasta el gen completo), podría producirse leiomiomatosis y carcinoma de células renales / síndrome de Reed ( leiomiomatosis cutánea y uterina múltiple ).
Mapa de ruta interactivo
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Ver también
Referencias
enlaces externos
- Fumarase en los encabezados de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Estructura del fumarato
- Estructura del S-malato
- Enlace a Desglose del ciclo del ácido cítrico
- Video de Fumarato → (S) L-Malato
