Fumaráza - Fumarase
Fumaráza (nebo fumarát hydratáza) je enzym že katalyzuje reverzibilní hydratace /dehydratace z fumarát na malát. Fumarase má dvě formy: mitochondriální a cytosolický. Mitochondriální izoenzym je zapojen do Krebsův cyklus (také známý jako cyklus kyseliny trikarboxylové [TCA] nebo cyklus kyseliny citronové) a cytosolický isoenzym se podílí na metabolismus z aminokyseliny a fumarát. Subcelulární lokalizace je stanovena přítomností signální sekvence na amino konci v mitochondriální formě, zatímco subcelulární lokalizace v cytosolické formě je stanovena absencí signální sekvence nalezené v mitochondriální odrůdě.[4]
Tento enzym se účastní 2 metabolické cesty: cyklus kyseliny citronové, redukční cyklus kyseliny citronové (CO.)2 fixace), a je také důležité v karcinom ledvin. Mutace v tomto genu byly spojeny s vývojem leiomyomů v kůži a děloze v kombinaci s karcinomem ledvinových buněk.
Nomenklatura
Tento enzym patří do rodiny lyázy, konkrétně hydrolyázy, které štěpí vazby uhlík-kyslík. The systematické jméno této třídy enzymů je (S) -malát hydrolyáza (tvořící fumarát). Mezi další běžně používaná jména patří:
- fumaráza
- L-malát hydrolyáza
- (S) -malát hydrolyáza
Struktura
Gen
Gen FH je lokalizován do chromozomální polohy 1q42,3-q43. Gen FH obsahuje 10 exonů.
Protein
Krystalové struktury fumarázy C z Escherichia coli bylo pozorováno, že mají dva obsazené dikarboxyláty vazebná místa. Tito jsou známí jako Aktivní stránky a místo B. Aktivní místo a místo B jsou identifikovány jako oblasti s neobsazenou vazbou ligand. Tato takzvaná „volná“ krystalová struktura demonstruje zachování vody v aktivním místě. Podobná orientace byla objevena i v jiných krystalových strukturách fumarázy C. Krystalografický výzkum na B místě enzymu zjistil, že došlo k posunu na His129. Tato informace naznačuje, že voda je trvalou součástí aktivního místa. Rovněž naznačuje, že použití imidazol -imidazolium převod řídí přístup k alosterickému webu B.[5]
Funkce
Mechanismus
Obrázek 2 zobrazuje mechanismus reakce fumarázy. Dvě acidobazické skupiny katalyzují přenos protonů a ionizační stav těchto skupin je částečně definován dvěma formami enzymu E1 a E.2. V E.1, skupiny existují ve vnitřně neutralizovaném stavu A-H / B: zatímco v E2, vyskytují se v a zwitterionický A- / BH+ Stát. E1 váže fumarát a usnadňuje jeho přeměnu na malát a E.2 váže malát a usnadňuje jeho přeměnu na fumarát. Tyto dvě formy musí podstoupit izomerizaci s každým katalytickým obratem.[6]
Navzdory svému biologickému významu není reakční mechanismus fumarázy zcela objasněn. Samotnou reakci lze sledovat v obou směrech; je to však zejména tvorba fumarátu z S-malátu, která je kvůli vysokému obsahu méně známa pKA hodnota HR (Obr. 1) atom, který je odstraněn bez pomoci jakéhokoli kofaktory nebo koenzymy. Reakce z fumarátu na L-malát je však lépe pochopena a zahrnuje a stereospecifické hydratace fumarátu za vzniku S-malátu transadicí a hydroxyl skupina a atom vodíku přes trans 1,4 přidání hydroxylové skupiny. Časný výzkum této reakce naznačoval, že tvorba fumarátu z S-malátu zahrnovala dehydrataci malátu na karbokationtový meziprodukt, který pak ztrácí alfa proton za vzniku fumarátu. To vedlo k závěru, že při tvorbě S-malátu z fumarátu Odstranění E1 po protonaci fumarátu na karbokationt následovala přídavek hydroxylové skupiny z H2O. Novější pokusy však poskytly důkazy o tom, že mechanismus ve skutečnosti probíhá prostřednictvím acidobazické katalyzované eliminace pomocí karbaniontového meziproduktu Odstranění E1CB (Obrázek 2).[6][7][8]
Biochemická cesta
Funkce fumarázy v cyklus kyseliny citronové je usnadnit přechodný krok ve výrobě energie ve formě NADH.[9] V cytosol enzym funguje tak, že metabolizuje fumarát, který je vedlejším produktem močovinový cyklus stejně jako katabolismus aminokyselin. Studie ukázaly, že aktivní místo je složeno z aminokyselinových zbytků ze tří ze čtyř podjednotek v tetramerickém enzymu.[10]
Primární vazebné místo na fumaráze je známé jako katalytické místo A. Studie ukázaly, že katalytické místo A je složeno ze zbytků aminokyselin ze tří ze čtyř podjednotek v tetramerickém enzymu. Dva potenciální acidobazické katalytické zbytky v reakci zahrnují His 188 a Lys 324.[6][7][8]
Podtypy
Existují dvě třídy fumaráz.[11] Klasifikace závisí na uspořádání jejich relativní podjednotky, jejich požadavcích na kov a jejich tepelné stabilitě. Patří mezi ně třída I a třída II. Fumarázy třídy I jsou schopné změnit stav nebo se stát neaktivními, když jsou vystaveny teplu nebo záření, jsou citlivé na anion superoxidu, jsou závislé na železa II (Fe2 +) a jsou to dimerní proteiny skládající se z přibližně 120 kD. Fumarázy třídy II, které se nacházejí v prokaryotech i eukaryotech, jsou tetramerické enzymy o 200 000 D, které obsahují tři odlišné segmenty výrazně homologních aminokyselin. Jsou také nezávislé na železa a tepelně stabilní. Je známo, že prokaryoty mají tři různé formy fumarázy: Fumaráza A, Fumaráza B a Fumaráza C. Fumaráza C je součástí fumaráz třídy II, zatímco Fumaráza A a Fumaráza B z Escherichia coli (E-coli) jsou klasifikovány jako třída I.[10]
Klinický význam
Nedostatek fumarázy je charakterizováno polyhydramnios a abnormality mozku plodu. V novorozeneckém období zahrnují nálezy závažné neurologické abnormality, špatné stravování, neprospívání a hypotonie. U kojenců s více závažnými neurologickými abnormalitami je podezření na nedostatek fumarázy bez akutní metabolické krize. Potenciálními příčinami jsou nečinnost cytosolické i mitochondriální formy fumarázy. Izolovaná, zvýšená koncentrace kyselina fumarová při analýze organických kyselin v moči velmi naznačuje nedostatek fumarázy. V současné době je k dispozici molekulárně genetické testování na nedostatek fumarázy.[11]
Fumaráza převládá ve fetálních i dospělých tkáních. Velké procento enzymu je vyjádřeno v kůže, příštítná tělíska, lymfy, a dvojtečka. Mutace ve výrobě a vývoji fumarázy vedly k objevu několika nemocí souvisejících s fumarázou u lidí. Tyto zahrnují benigní mezenchymální nádory dělohy, leiomyomatóza a ledvinová buňka karcinom, a nedostatek fumarázy. Germinální mutace ve fumaráze jsou spojeny se dvěma odlišnými podmínkami. Pokud má enzym missense mutace a in-frame delece ze 3 'konce, výsledkem je nedostatek fumarázy. Pokud to obsahuje heterozygotní 5´ missense mutace a delece (od jednoho páru bází po celý gen), dále leiomyomatóza a karcinom ledvinových buněk / Reedův syndrom (více kožní a dělohy leiomyomatóza ).[10][11]
Interaktivní mapa cest
Kliknutím na geny, proteiny a metabolity níže můžete odkazovat na příslušné články. [§ 1]
- ^ Interaktivní mapu cest lze upravit na WikiPathways: „TCACycle_WP78“.
Viz také
Reference
- ^ A b C GRCh38: Vydání souboru 89: ENSG00000091483 - Ensembl, Květen 2017
- ^ „Human PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
- ^ „Myš PubMed Reference:“. Národní centrum pro biotechnologické informace, Americká národní lékařská knihovna.
- ^ FH (fumarát hydratáza)
- ^ Weaver T (říjen 2005). "Struktura volné fumarázy C z Escherichia coli". Acta Crystallogr. D. 61 (Pt 10): 1395–401. doi:10.1107 / S0907444905024194. PMID 16204892.
- ^ A b C Hegemony AD, Frey PA (2007). Enzymatické reakční mechanismy. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-512258-9.
- ^ A b Begley TP, McMurry J (2005). Organická chemie biologických drah. Vydavatelé Roberts and Co. ISBN 978-0-9747077-1-6.
- ^ A b Walsh C (1979). Enzymatické reakční mechanismy. San Francisco: W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0070-8.
- ^ Yogev O, Naamati A, Pines O (2011). "Fumarase: paradigma duálního cílení a duálních lokalizovaných funkcí". FEBS Journal. 278 (22): 4230–42. doi:10.1111 / j.1742-4658.2011.08359.x. PMID 21929734.
- ^ A b C Estévez M, Skarda J, Spencer J, Banaszak L, Weaver TM (červen 2002). „Rentgenová krystalografická a kinetická korelace klinicky pozorované mutace lidské fumarázy“. Protein Sci. 11 (6): 1552–7. doi:10.1110 / ps.0201502. PMC 2373640. PMID 12021453.[trvalý mrtvý odkaz ]
- ^ A b C Lynch AM, Morton CC (01.07.2006). „FH (fumarát hydratáza)“. Atlas genetiky a cytogenetiky v onkologii a hematologii.
externí odkazy
- Fumaráza v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)
- Struktura fumarátu
- Struktura S-malátu
- Odkaz na rozdělení cyklu kyseliny citronové
- Video z fumarátu → (S) L-malát
