**Fumaráza** alebo **fumaráthydratáza** je enzým, ktorý katalyzuje reverzibilnú hydratáciu fumarátu na malát. Fumaráza existuje v dvoch formách: mitochondriálna a cytozolová. Mitochondriálna fumaráza sa účastní Krebsovho cyklu, zatiaľ čo cytozolová fumaráza sa účastní metabolizmu aminokyselín a fumarátu. Subcelulárna lokalizácia enzýmov je daná prítomnosťou signálnej sekvencie na N-konci mitochondriálnej formy, ktorá u cytozolovej formy chýba.

Tento enzým sa účastní dvoch metabolických dráh: citrátového cyklu a reverzného citrátového cyklu (fixácia CO2). Takisto je významný u rakoviny obličiek. Mutácie v tomto géne boli asociované s vývojom leiomyómov v koži a maternici v súvislosti s rakovinou obličiek.[chýba zdroj]

Štruktúra
---------

### Gén

Fumarázu kóduje gén FH, ktorý sa u ľudí nachádza na chromozomálnej pozícii 1q42.3-q43. Tento gén obsahuje 10 exónov.

### Proteín

V kryštálovej štruktúre fumarázy C z *Escherichia coli* boli objavené dve väzbové miesta pre dikarboxylové kyseliny, ktoré sa nachádzajú blízko seba. Tieto väzbové miesta sa nazývajú aktívne miesto a B miesto a sú prepojené sériou vodíkových mostíkov. Prístup na ktorékoľvek z týchto miest je možný len cez otvor na povrchu enzýmu poblíž B miesta. Aktívne miesto sa skladá z troch domén. Väzbové vrecko vytvorené okolitými reziduami je dostatočné na naviazane molekuly vody i v prípade, že žiadny ligand nie je naviazaný na aktívne miesto. Kryštalografický výskum na B mieste ukázal pohyb His129 medzi voľným a obsadeným stavom. Toto takisto naznačuje, že premena imidazol-imidazólium ovláda prístup na alosterické B miesto.

### Subtypy

Existujú dve triedy fumaráz, trieda I a trieda II. Klasifikácia záleží na usporiadaní podjednotiek, prítomnosti kovového iónu a teplotnej stabilite. Fumarázy triedy I menia stav alebo sa stávajú neaktívnymi pri vystavení žiareniu alebo teplote, sú citlivé na superoxidový anión, obsahujú železnatý katión Fe2+ a sú to dimerické proteíny, ktorých podjedotky majú hmotnosť asi 120 kD. Fumarázy triedy II, ktoré sa nachádzajú v prokaryotoch i eukaryotoch, sú tetramérne enzýmy, ktorých podjednotky majú hmotnosť asi 200 kD. Skladajú sa z troch rozličných segmentov s výrazne konzervovanými aminokyselinami, neobsahujú železnatý katión a sú termálne stabilné. Prokaryoty obsahujú tri rôzne formy fumarázy: fumarázu A, fumarázu B a fumarázu C. Fumaráza A a fumaráza B z *Escherichia coli* sú fumarázy triedy I, zatiaľ čo fumaráza C je fumaráza triedy II.

Funkcia
-------

### Mechanizmus

Obrázok 1: Konverzia fumarátu na S-malát cez karbanión pomocou fumarázy.
Obrázok 1 ukazuje reakčný mechanizmus fumarázy. Dve reziduá (Asn a Lys) katalyzujú prenos protónu. Ionizačný stav týchto reziduí udáva dve podoby tohto enzýmu: E1 a E2. U E1 existujú v neutrálnej podobe AH/B:, zatiaľ čo v E2 existujú v zwitteriónovej podobe A-/BH+. E1 viaže fumarát a katalyzuje jeho premenu na malát a E2 viaže malát a katalyzuje jeho premenu na fumarát. Pri každom katalytickom cykle musia tieto formy izomerizovať z jednej na druhú.

Napriek biologickej dôležitosti tejto reakcie nie je mechanizmus úplne pochopený. Reakcia sa dá sledovať v oboch smeroch, ale presný postup tvorby fumarátu z malátu nie je presne známy kvôli vysokej hodnote pKa vodíka HR (obrázok 2), ktorý sa odstraňuje bez pomoci kofaktorov či koenzýmov. Reakcia z fumarátu na malát je jasnejšia a zahŕňa stereošpecifickú hydratáciu fumarátu za vzniku S-malátu pomocou trans-adície hydroxylovej skupiny a vodíkového atómu. Prvé výskumy tejto reakcie naznačovali, že tvorba fumarátu z malátu sa skladá z dehydratácie malátu a vzniku karbokatiónu, ktorý následne stráca alfa-protón za vzniku fumarátu. Na základe toho sa predpokladalo, že tvorba malátu z fumarátu prebieha opačne ako E1 eliminácia - cez protonáciu fumarátu, čím by vznikol karbokatión, a následnou adíciou hydroxylovej skupiny z vody. Novšie štúdie však ukázali, že mechanizmus v skutočnosti prebieha cez acidobázicky katalyzovanú elimináciu a karbanión, teda ako E1cB eliminácia (obrázok 1).

Obrázok 2: Konverzia fumarátu na S-malát.
### Biochemické dráhy

V citrátovom cykle je funkciou fumarázy sprostredkovať medzikrok pre tvorbu energie v podobe NADH. V cytozole tento enzým metabolizuje fumarát, ktorý vzniká ako vedľajší produkt močovinového cyklu a katabolizmu aminokyselín. Štúdie ukázali, že aktívne miesto enzýmu sa skladá z reziduí aminokyselín pochádzajúcich z troch zo štyroch podjednotiek tetramérneho enzýmu.

### Iné substráty

Hlavnými substrátmi fumarázy sú fumarát a malát. Okrem toho je však tento enzým schopný katalyzovať i dehydratáciu D-vínanu, pri ktorej vzniká enol-oxalacetát. Enol-oxalacetát potom izomerizuje na keto-oxalacetát. Fumaráza A i fumaráza B majú prakticky rovnakú kinetiku reverzibilnej premeny malátu na fumarát, ale fumaráza B má omnoho vyššiu katalytickú účinnosť premeny D-vínanu na oxalacetát oproti fumaráze A. Vďaka tomu môžu baktérie ako *E. coli* využiť D-vínan na rast. Rast mutantov, ktorí nemali funkčný gén *fumB* kódujúci fumarázu B bol však výrazne pomalší.

Klinický význam
---------------

Nedostatok fumarázy je charakterizovaný polyhydramniom (nadbytkom plodovej vody) a abnormalitami mozgu plodu. U novorodencov sa vyskytujú vážne neurologické abnormality, slabé kŕmenie a slabé svaly. Zvýšená kyselina fumarová v moči naznačuje nedostatok fumarázy. Aktuálne už je možné nedostatok fumarázy testovať i geneticky.

Fumaráza je hojne prítomná v tkanive plodu i dospelého. Veľké percento enzýmu sa exprimuje v koži, prištítnom teliesku, lymfe a hrubom čreve.

Referencie
----------

1. 1 2  FH (fumarate hydratase)
2. 1 2 3  Weaver T. Structure of free fumarase C from Escherichia coli. *Acta Crystallogr. D*, October 2005, s. 1395–401. DOI: 10.1107/S0907444905024194. PMID 16204892.
3. 1 2   *FH (fumarate hydratase).* [online]. Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology, 2006-07-01. Dostupné online.
4. 1 2   X-ray crystallographic and kinetic correlation of a clinically observed human fumarase mutation. *Protein Sci.*, June 2002, s. 1552–7. DOI: 10.1110/ps.0201502. PMID 12021453.
5. 1 2 3  HEGEMONY, Adrian D.; FREY, Perry A.. *Enzymatic reaction mechanisms*. Oxford [Oxfordshire] : Oxford University Press, 2007. ISBN 978-0-19-512258-9.
6. 1 2  BEGLEY, Tadhg P.; MCMURRY, John. *The organic chemistry of biological pathways*. [s.l.] : Roberts and Co. Publishers, 2005. ISBN 978-0-9747077-1-6.
7. 1 2   *Enzymatic reaction mechanisms*. San Francisco : W. H. Freeman, 1979. ISBN 978-0-7167-0070-8.
8. ↑   Fumarase: a paradigm of dual targeting and dual localized functions. *The FEBS Journal*, 2011, s. 4230–42. DOI: 10.1111/j.1742-4658.2011.08359.x. PMID 21929734.
9. 1 2   Biochemical similarities and differences between the catalytic [4Fe-4S] cluster containing fumarases FumA and FumB from Escherichia coli. *PLOS ONE*, February 26, 2021, s. e55549. DOI: 10.1371/journal.pone.0055549. PMID 23405168.

Iné projekty
------------

Commons
* Spolupracuj na Commons Commons ponúka multimediálne súbory na tému **Fumaráza**

Zdroj
-----


|  |  |
| --- | --- |
| Portal | Chemický portálBiologický portál |

*Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Fumarase na anglickej Wikipédii.*

| * z
* d
* u
Citrátový cyklus |
| --- |
| Intermediáty | 
* Citrát
* Izocitrát
* 2-Oxoglutarát
* Sukcinyl-CoA
* Sukcinát
* Fumarát
* Malát
* Oxalacetát

 |
| Enzýmy | 
* Citrátsyntáza
* Akonitáza
* Izocitrátdehydrogenáza
* 2-Oxoglutarátdehydrogenáza
* Sukcinyl-CoA-syntetáza
* Sukcinátdehydrogenáza
* Fumaráza
* Malátdehydrogenáza

 |