Фумараза
| ФХ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Идентификаторы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Псевдонимы | FH , фумаратгидратаза, HLRCC, LRCC, MCL, MCUL1, FMRD, фумаратгидратаза, HsFH | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Внешние идентификаторы | ОМИМ : 136850; МГИ : 95530; Гомологен : 115; GeneCards : FH; OMA :FH – ортологи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Викиданные | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Фумараза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 4.2.1.2 | ||||||||
| Номер CAS | 9032-88-6 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| ИнтЭнз | IntEnz вид | ||||||||
| БРЕНДА | запись BRENDA | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme вид | ||||||||
| КЕГГ | запись KEGG | ||||||||
| МетаЦик | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Генная онтология | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
Фумараза (или фумаратгидратаза ) — это фермент ( EC 4.2.1.2), который катализирует обратимую гидратацию/дегидратацию фумарата в малат . Фумараза существует в двух формах : митохондриальной и цитозольной . Митохондриальный изофермент участвует в цикле Кребса , а цитозольный изофермент участвует в метаболизме аминокислот и фумарата. Субклеточная локализация устанавливается по наличию сигнальной последовательности на аминоконце в митохондриальной форме, тогда как субклеточная локализация в цитозольной форме устанавливается по отсутствию сигнальной последовательности, обнаруженной в митохондриальной разновидности. [5]
Этот фермент участвует в 2 метаболических путях : цикле лимонной кислоты и восстановительном цикле лимонной кислоты (фиксация CO2 ) , а также важен при почечно-клеточной карциноме . Мутации в этом гене связаны с развитием лейомиом в коже и матке в сочетании с почечно-клеточной карциномой ( синдром HLRCC ).
Номенклатура
Этот фермент принадлежит к семейству лиаз , а именно гидролиаз, которые расщепляют связи углерод-кислород. Систематическое название этого класса ферментов — (S)-малатгидролиаза (фумаратобразующая) . Другие общеупотребительные названия включают:
- фумараза
- L-малатгидролиаза
- (S)-малатгидролиаза
Структура
Ген
У человека ген FH локализован в хромосомной позиции 1q42.3-q43. Ген FH содержит 10 экзонов.
Белок
Кристаллические структуры фумаразы C из Escherichia coli , как было обнаружено, имеют два сайта связывания дикарбоксилата, расположенных близко друг к другу. Они известны как активный сайт и сайт B. Эти сайты соединены серией водородных связей, и доступ к любому сайту осуществляется только через отверстие около поверхности фермента около сайта B. [6] Активный сайт состоит из трех доменов. Даже когда ни один лиганд не связан с активным сайтом, связывающий карман, созданный окружающими остатками, достаточен для связывания воды на своем месте. [6] Кристаллографические исследования сайта B фермента обнаружили, что на His129 происходит сдвиг между свободным и занятым состояниями. Это также предполагает, что использование преобразования имидазола в имидазолий контролирует доступ к аллостерическому сайту B. [6]
Подтипы
Существует два класса фумаразы, класс I и класс II. [7] Классификация зависит от расположения их относительных субъединиц, их потребности в ионах металлов и их термической стабильности. Фумаразы класса I изменяют состояние или становятся неактивными при воздействии тепла или радиации, чувствительны к супероксид- аниону, зависят от железа (Fe2 + ) и представляют собой димерные белки, каждая субъединица которых состоит примерно из 120 кДа. Фумаразы класса II, обнаруженные как у прокариот, так и у эукариот, представляют собой тетрамерные ферменты с субъединицами 200 кДа, которые содержат три отдельных сегмента существенно гомологичных аминокислот. Они также не зависят от железа и термически стабильны. Известно, что у прокариот есть три различные формы фумаразы: фумараза A, фумараза B и фумараза C. Фумараза A и фумараза B из Escherichia coli классифицируются как класс I, тогда как фумараза C является частью фумаразы класса II. [8]
Функция
Механизм
Рисунок 1 изображает механизм реакции фумаразы. Два остатка катализируют перенос протона, и состояние ионизации этих остатков 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. Обе формы должны подвергаться изомеризации с каждым каталитическим оборотом. [9]
Несмотря на свою биологическую значимость, механизм реакции фумаразы не полностью изучен. Сама реакция может отслеживаться в любом направлении; однако, именно образование фумарата из S-малата, в частности, менее изучено из-за высокого значения pK a атома H R (рис. 2), который удаляется без помощи каких-либо кофакторов или коферментов . Реакция от фумарата до S-малата лучше изучена и включает стереоспецифическую гидратацию фумарата с образованием S-малата путем транс-присоединения гидроксильной группы и атома водорода. Ранние исследования этой реакции предполагали, что образование фумарата из S-малата включало дегидратацию малата до карбокатионного промежуточного продукта, который затем теряет альфа-протон с образованием фумарата. Это привело к выводу, что образование S-малата протекает как элиминирование E1 — протонирование фумарата для создания карбокатиона сопровождалось присоединением гидроксильной группы из H2O . Однако более поздние испытания предоставили доказательства того, что механизм на самом деле происходит посредством катализируемого кислотой и основанием элиминирования посредством карбанионного промежуточного соединения, то есть он протекает как элиминирование E1cB (рисунок 1). [9] [10] [11]
Биохимический путь
Функция фумаразы в цикле лимонной кислоты заключается в содействии переходному этапу в производстве энергии в форме НАДН . [12] В цитозоле фермент функционирует для метаболизма фумарата, который является побочным продуктом цикла мочевины , а также катаболизма аминокислот. Исследования показали, что активный центр состоит из аминокислотных остатков трех из четырех субъединиц внутри тетрамерного фермента. [8] [9] [10] [11]
Другие субстраты
Основными субстратами для фумаразы являются малат и фумарат. Однако фермент также может катализировать дегидратацию D - тартрата , что приводит к образованию енолоксалоацетата . Затем енолоксалоацетат может изомеризоваться в кето-оксалоацетат. И фумараза A, и фумараза B имеют по существу одинаковую кинетику для 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. [13] Это позволяет бактериям, таким как E. coli, использовать D -тартрат для своего роста; рост мутантов с разрушительным геном fumB, кодирующим фумаразу B на D -тартрате, был серьезно нарушен. [13]
Клиническое значение
Дефицит фумаразы характеризуется многоводием и аномалиями развития мозга плода. В период новорожденности результаты включают серьезные неврологические аномалии, плохое питание, задержку развития и гипотонию . Дефицит фумаразы подозревается у младенцев с множественными тяжелыми неврологическими аномалиями при отсутствии острого метаболического кризиса. Потенциальными причинами являются неактивность как цитозольной, так и митохондриальной форм фумаразы. Изолированная повышенная концентрация фумаровой кислоты в анализе органических кислот мочи с большой долей вероятности указывает на дефицит фумаразы. В настоящее время доступно молекулярно-генетическое тестирование на дефицит фумаразы. [7]
Фумараза распространена как в фетальных, так и в взрослых тканях. Большой процент фермента экспрессируется в коже , паращитовидных железах , лимфатических узлах и толстой кишке . Мутации в производстве и развитии фумаразы привели к открытию нескольких заболеваний, связанных с фумаразой, у людей. К ним относятся доброкачественные мезенхимальные опухоли матки, лейомиоматоз и почечноклеточный рак , а также дефицит фумаразы . Герминальные мутации в фумаразе 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 могут возникнуть лейомиоматоз и почечноклеточный рак/синдром Рида ( множественный кожный и маточный лейомиоматоз ). [8] [7]
Интерактивная карта маршрутов
Нажмите на гены, белки и метаболиты ниже, чтобы перейти к соответствующим статьям. [§ 1]
- ^ Интерактивную карту путей можно редактировать на WikiPathways: «TCACycle_WP78».
Смотрите также
Ссылки
- ^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000091483 – Ensembl , май 2017 г.
- ^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000026526 – Ensembl , май 2017 г.
- ^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ FH (фумаратгидратаза)
- ^ abc Weaver T (октябрь 2005 г.). «Структура свободной фумаразы C из Escherichia coli». Acta Crystallographica. Раздел D, Биологическая кристаллография . 61 (Pt 10): 1395– 1401. doi :10.1107/S0907444905024194. PMID 16204892.
- ^ abc Lynch AM, Morton CC (2006-07-01). "FH (фумаратгидратаза)". Атлас генетики и цитогенетики в онкологии и гематологии.
- ^ abc Estévez M, Skarda J, Spencer J, Banaszak L, Weaver TM (июнь 2002 г.). "Рентгеновская кристаллографическая и кинетическая корреляция клинически наблюдаемой мутации фумаразы человека". Protein Science . 11 (6): 1552– 1557. doi :10.1110/ps.0201502. PMC 2373640 . PMID 12021453.
- ^ abc Hegemony AD, Frey PA (2007). Механизмы ферментативных реакций . Oxford [Оксфордшир]: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-512258-9.
- ^ ab Begley TP, McMurry J (2005). Органическая химия биологических путей . Roberts and Co. Publishers. ISBN 978-0-9747077-1-6.
- ^ ab Walsh C (1979). Механизмы ферментативных реакций . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-0070-8.
- ^ Yogev O, Naamati A, Pines O (ноябрь 2011 г.). «Фумараза: парадигма двойного нацеливания и двойных локализованных функций». Журнал FEBS . 278 (22): 4230– 4242. doi : 10.1111/j.1742-4658.2011.08359.x . PMID 21929734.
- ^ Аб ван Вугт-Люссенбург Б.М., ван дер Вил Л., Хаген В.Р., Хагедорн PL (26 февраля 2021 г.). «Биохимические сходства и различия между каталитическим кластером [4Fe-4S], содержащим фумаразы FumA и FumB из Escherichia coli». ПЛОС ОДИН . 8 (2): e55549. дои : 10.1371/journal.pone.0055549 . ПМЦ 3565967 . ПМИД 23405168.
Внешние ссылки
- Фумараза в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
- Структура фумарата
- Структура S-малата
- Ссылка на расщепление цикла лимонной кислоты
- Видео о фумарате → (S)L-малате. Архивировано 25.06.2005 на Wayback Machine.
