Fumarasa

En los seres humanos, el gen FH se localiza en la posición cromosómica 1q42.3-q43. El gen FH contiene 10 exones.

Se ha observado que las estructuras cristalinas de la fumarasa C de Escherichia coli presentan dos sitios de unión de dicarboxilato muy próximos entre sí. Estos se conocen como el sitio activo y el sitio B. Estos sitios están conectados por una serie de enlaces de hidrógeno y el acceso a cualquiera de ellos se produce únicamente a través de una abertura cerca de la superficie de la enzima, próxima al sitio B. ^{[ 6 ]} El sitio activo está formado por tres dominios. Incluso cuando no hay ningún ligando unido al sitio activo, el bolsillo de unión creado por los residuos circundantes es suficiente para alojar agua en su lugar. ^{[ 6 ]} La investigación cristalográfica del sitio B de la enzima ha observado un desplazamiento en la His129 entre los estados libre y ocupado. Esto también sugiere que la conversión de imidazol a imidazolio controla el acceso al sitio B alostérico. ^{[ 6 ]}

Existen dos clases de fumarasas: clase I y clase II. ^{[ 7 ]} La clasificación depende de la disposición de sus subunidades relativas, su requerimiento de iones metálicos y su estabilidad térmica. Las fumarasas de clase I cambian de estado o se inactivan al ser sometidas a calor o radiación, son sensibles al anión superóxido , dependen del hierro (Fe ²⁺ ) y son proteínas diméricas, con cada subunidad de aproximadamente 120 kD. Las fumarasas de clase II, presentes tanto en procariotas como en eucariotas, son enzimas tetraméricas con subunidades de 200 kD que contienen tres segmentos distintos de aminoácidos significativamente homólogos. También son independientes del hierro y térmicamente estables. Se sabe que los procariotas poseen tres formas diferentes de fumarasa: fumarasa A, fumarasa B y fumarasa C. La fumarasa A y la fumarasa B de Escherichia coli se clasifican como clase I, mientras que la fumarasa C forma parte de las fumarasas de clase II. ^{[ 8 ]}

La figura 1 muestra el mecanismo de reacción de la fumarasa. Dos residuos catalizan la transferencia de protones, y el estado de ionización de estos residuos 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 zwitteriónico A ⁻ /BH ⁺ . 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. Ambas formas deben sufrir isomerización con cada ciclo catalítico. ^{[ 9 ]}

A pesar de su importancia biológica, el mecanismo de reacción de la fumarasa no se comprende completamente. La reacción en sí puede monitorearse en ambas direcciones; sin embargo, la formación de fumarato a partir de S-malato en particular es la menos comprendida debido al alto valor de pK _a del átomo H ^R (Fig. 2) que se elimina sin la ayuda de ningún cofactor o coenzima . La reacción de fumarato a S-malato se comprende mejor e implica una hidratación estereoselectiva de fumarato para producir S-malato mediante la adición trans de un grupo hidroxilo y un átomo de hidrógeno. Las primeras investigaciones sobre esta reacción sugirieron que la formación de fumarato a partir de S-malato implicaba la deshidratación de malato a un intermedio carbocatiónico, que luego pierde el protón alfa para formar fumarato. Esto llevó a la conclusión de que la formación de S-malato procede como una eliminación E1 : la protonación del fumarato para crear un carbocatión fue seguida por la adición de un grupo hidroxilo del H₂O _. Sin embargo, ensayos más recientes han proporcionado evidencia de que el mecanismo en realidad tiene lugar a través de una eliminación catalizada por ácido-base mediante un intermedio carbaniónico, lo que significa que procede como una eliminación E1cB (Figura 1). ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Esto se investigó utilizando técnicas de marcaje isotópico, confirmando un mecanismo concertado ^{[ 12 ]}

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 . ^{[ 13 ]} En el citosol , la enzima metaboliza el fumarato, que es un subproducto del ciclo de la urea y del catabolismo de 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. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

Los principales sustratos de la fumarasa son el malato y el fumarato. Sin embargo, la enzima también puede catalizar la deshidratación del D - tartrato , lo que da como resultado el enol- oxalacetato . El enol-oxalacetato puede luego isomerizarse en ceto-oxalacetato. Tanto la fumarasa A como la fumarasa B tienen esencialmente la misma cinética para la conversión reversible de malato a fumarasa, pero la fumarasa B tiene una eficiencia catalítica mucho mayor para la conversión de D -tartrato a oxalacetato en comparación con la fumarasa A. ^{[ 14 ]} Esto permite que bacterias como E. coli utilicen D -tartrato para su crecimiento; el crecimiento de mutantes con un gen disruptivo fumB que codifica la fumarasa B en D -tartrato se vio gravemente afectado. ^{[ 14 ]}