FH (gen)
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]
| Fumaraza | |
|---|---|
 | |
| Identifikatori | |
| Simbol | FM |
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
urediOvaj 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:
- fumaraza
- L-malat-hidrolijaza
- (S)-malat-hidrolijaza
Aminokiselinska sekvenca
urediDužina polipeptidnog lanca je 510 aminokiselina, a molekulska težina 54.637 Da.[6]
| 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MYRALRLLAR | SRPLVRAPAA | ALASAPGLGG | AAVPSFWPPN | AARMASQNSF | ||||
| RIEYDTFGEL | KVPNDKYYGA | QTVRSTMNFK | IGGVTERMPT | PVIKAFGILK | ||||
| RAAAEVNQDY | GLDPKIANAI | MKAADEVAEG | KLNDHFPLVV | WQTGSGTQTN | ||||
| MNVNEVISNR | AIEMLGGELG | SKIPVHPNDH | VNKSQSSNDT | FPTAMHIAAA | ||||
| IEVHEVLLPG | LQKLHDALDA | KSKEFAQIIK | IGRTHTQDAV | PLTLGQEFSG | ||||
| YVQQVKYAMT | RIKAAMPRIY | ELAAGGTAVG | TGLNTRIGFA | EKVAAKVAAL | ||||
| TGLPFVTAPN | KFEALAAHDA | LVELSGAMNT | TACSLMKIAN | DIRFLGSGPR | ||||
| SGLGELILPE | NEPGSSIMPG | KVNPTQCEAM | TMVAAQVMGN | HVAVTVGGSN | ||||
| GHFELNVFKP | MMIKNVLHSA | RLLGDASVSF | TENCVVGIQA | NTERINKLMN | ||||
| ESLMLVTALN | PHIGYDKAAK | IAKTAHKNGS | TLKETAIELG | YLTAEQFDEW | ||||
| VKPKDMLGPK |
Struktura
urediGen
uredi
Kod ljudi, FH gen je lokaliziran na hromosomskom položaju 1q42.3–q43. FH gen sadrži 10 egzona.
Protein
urediUočeno 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
urediPostoje 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
urediMehanizam
uredi
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]
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
urediFunkcija 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
urediGlavni 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
urediNedostatak 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
urediTakođer pogledajte
urediReference
uredi- ^ a b c GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000091483 - Ensembl, maj 2017
- ^ a b c GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000026526 - Ensembl, maj 2017
- ^ "Human PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ^ "Mouse PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ^ FH (fumarate hydratase)
- ^ "UniProt, P07954" (jezik: en.). Pristupljeno 11. 12. 2021.CS1 održavanje: nepoznati jezik (link)
- ^ 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.
- ^ a b c Lynch AM, Morton CC (1. 7. 2006). "FH (fumarate hydratase)". Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology.
- ^ 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.
- ^ a b c Hegemony AD, Frey PA (2007). Enzymatic reaction mechanisms. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-512258-9.
- ^ a b Begley TP, McMurry J (2005). The organic chemistry of biological pathways. Roberts and Co. Publishers. ISBN 978-0-9747077-1-6.
- ^ a b Walsh C (1979). Enzymatic reaction mechanisms. San Francisco: W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0070-8.
- ^ 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.
- ^ 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- Fumarase na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- Structure of Fumarate
- Structure of S-Malate
- Link to Breakdown of Citric Acid Cycle
- Video of Fumarate → (S)L-Malate Arhivirano 25. 6. 2005. na Wayback Machine
