延胡索酸酶 - Wikiwand
For faster navigation, this Iframe is preloading the Wikiwand page for 延胡索酸酶.

延胡索酸酶

维基百科,自由的百科全书

此条目需要扩充。 (2011年9月15日)请协助改善这篇条目,更进一步的信息可能会在讨论页或扩充请求中找到。请在扩充条目后将此模板移除。
延胡索酸水合酶
识别码
EC编号 4.2.1.2
CAS号
数据库
IntEnz IntEnz浏览
BRENDA英语BRENDA BRENDA入口
ExPASy英语ExPASy NiceZyme浏览
KEGG KEGG入口
MetaCyc英语MetaCyc 代谢路径
PRIAM英语PRIAM_enzyme-specific_profiles 概述
PDB RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum
基因本体 AmiGO / EGO
延胡索酸水合酶(延胡索酸酶)
鉴定
标志 Fumarase
Pfam(蛋白家族查询站) PF05681
InterPro(蛋白数据整合站) IPR004646
延胡索酸水合酶
延胡索酸酶活性位点[1][2]
识别
符号 FH
Entrez 2271
HUGO 3700
OMIM 136850
RefSeq NM_000143
UniProt P07954
其他资料
EC编号 4.2.1.2
基因座 1 q42.1

延胡索酸酶(或称延胡索酸水合酶)是一种催化延胡索酸(即反丁烯二酸)以及苹果酸之间水合/脱水的可逆反应。延胡索酸酶可分为线粒体内以及细胞质中两种,其中线粒体延胡索酸酶参与克氏循环(或称柠檬酸循环三羧酸循环)而细胞质延胡索酸酶则参与了氨基酸延胡索酸的代谢合成。[3] 延胡索酸酶参与了柠檬酸循环以及还原型柠檬酸循环两种代谢路径,同时也与肾细胞癌有密切关联:在此段基因上的突变经常造成伴随着子宫和皮肤肌瘤的肾脏病。

命名

延胡索酸酶属于裂合酶家族中的脱水酶,可以切除化合物中的C-O键结。因为是可以将苹果酸((S)-malate)裂解为延胡索酸(fumarate)的裂解酶,其系统命名为:(S)-malate hydro-lyase (fumarate-forming)

作用机制

图一:延胡索酸与苹果酸之间的互换
图一:延胡索酸与苹果酸之间的互换
图二:延胡索酸酶的作用机制
图二:延胡索酸酶的作用机制

图二描绘了延胡索酸酶的反应机制:两个酸-碱基催化质子的转移,分别以两个基团的离子化状态定义为E1以及E2。在E1时,两个基团分别呈现A-H/B:的电中性状态。而E2时则呈现A-/BH+两性离子状态。E1在进行催化反应后转化成E2,反之亦然。 E1延胡索酸结合并将其水合苹果酸;反之,E2苹果酸结合并将其水解延胡索酸[4]

尽管它在生物中的重要性,我们对于延胡索酸酶的反应机制仍然有不明白之处:延胡索酸酶确实可以自行调控反应的方向,但是由苹果酸转成延胡索酸时移除HR(如图一)的pKa相当高,却不需要任何辅酶或者辅助因子参与即可进行反应。早先的研究认为:要由苹果酸合成延胡索酸时必须先将苹果酸水解为碳阳离子的中间产物,接着只要脱去Hα即可形成延胡索酸

反观其逆反应:将延胡索酸转化为苹果酸的机制就比较容易理解了。将延胡索酸转化为苹果酸的过程包含了借由羟基(-OH)的反式加成以及一个原子1,4反式加成,为一个具有立体专一性水合作用。

由以上可以看出:由延胡索酸合成苹果酸为E1脱去反应,H2O提供的羟基加成是伴随着延胡索酸上碳阳离子的质子化而来的。但是,近来的研究指出延胡索酸酶的反应机制应为以碳阴离子为中间物的酸-碱催化脱去反应(如图二)。[4][5][6]


生化反应途径

柠檬酸循环中(位于线粒体内)为了促进能量来源NADH的合成,细胞利用延胡索酸酶催化其中一个步骤。而在细胞质中,延胡索酸酶被用来代谢尿素循环的副产物延胡索酸,并利用这个反应合成氨基酸[7]研究显示延胡索酸酶的接合位被称为活性位A(site A),位于由氨基酸所组成的四聚酶其中三个次单元上,两个酸-碱催化活性位分别位于His 188 以及 Lys 324上。[4][5][6]

亚型

延胡索酸酶从次单元的排列、需要的金属离子以及热力学的稳定性可以分为第一型和第二型两种亚型。第一型会因为热或辐射线的影响而转换型态或转为不活化,第一型延胡索酸酶大约含有120kD的蛋白质、对超氧阴离子敏感且依赖二价离子(Fe2+)。第二型在真核生物以及原核生物中都可以发现,大小约为200kD,与第一型一样为依赖离子、热力学稳定的酵素。 原核生物中的延胡索酸酶可以再细分为三种:A、B和C,其中延胡索酸酶C属于以上分类的第二型,而在大肠杆菌中发现的延胡索酸酶A、B则属于第一型。[7]

临床症状

延胡索酸缺乏症的主要特征有两种:羊水过多以及胎儿脑部发育异常。出生后的婴儿会表现出强烈的神经异常,并有拒食、发育不全以及肌张力低下等症状。延胡索酸缺乏症因为代谢途径的缺陷,被认为会对婴儿造成严重的多重神经异常。延胡索酸缺乏症的患者不论是细胞质或是线粒体中的延胡索酸酶皆处于非活化状态,故可以在尿液中检测出高浓度的延胡索酸

延胡索酸酶不论在成人或是婴儿体内都是相当常见的酵素,大多数的延胡索酸酶分布在皮肤副甲状腺淋巴系统以及结肠。随着观察许多与延胡索酸代谢途径相关的突变,发现了许多与延胡索酸酶相关的疾病,包含了:良性子宫肌瘤、平滑肌瘤、细胞癌以及延胡索酸缺乏症等。

结构

基因 FH基因位于染色体上1q42.3-q43的位置,包含10个外显子


蛋白质 取自于大肠杆菌的延胡索酸酶C的结晶结构具有两个二羧酸的结合位,即为延胡索酸酶C的活性位。而B位(B site)也有一个可供配体结合的闲置区。这样的结晶构造会保留水分子在活性区,而在B位(B site)则观察到His129的地方有一个转移区(shift)。这些显示著延胡索酸酶C利用B位(B site)的构形改变以及imidazole-imidazolium(咪唑-咪唑离子)调控来催化反应。[8]


参考文献

  1. ^ 引用错误:没有为名为pmid9665847的参考文献提供内容
  2. ^ 引用错误:没有为名为pmid15264254的参考文献提供内容
  3. ^ FH (fumarate hydratase)
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Adrian D. Hegeman; Frey, Perry A. Enzymatic reaction mechanisms. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. 2007. ISBN 0-19-512258-5. 
  5. ^ 5.0 5.1 Tadhg P. Begley; McMurry, John. The organic chemistry of biological pathways. Roberts and Co. Publishers. 2005. ISBN 0-9747077-1-6. 
  6. ^ 6.0 6.1 Walsh C. Enzymatic reaction mechanisms. San Francisco: W. H. Freeman. 1979. ISBN 0-7167-0070-0. 
  7. ^ 7.0 7.1 Estévez M, Skarda J, Spencer J, Banaszak L, Weaver TM. X-ray crystallographic and kinetic correlation of a clinically observed human fumarase mutation. Protein Sci. June 2002, 11 (6): 1552–7. PMC 2373640. PMID 12021453. doi:10.1110/ps.0201502. [永久失效链接]
  8. ^ Weaver T. Structure of free fumarase C from Escherichia coli. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. October 2005, 61 (Pt 10): 1395–401. PMID 16204892. doi:10.1107/S0907444905024194. 
{{bottomLinkPreText}} {{bottomLinkText}}
延胡索酸酶
Listen to this article