Fumarasa

Esta enzima participa en tres rutas metabólicas: ciclo de Krebs, ciclo reductivo del ácido cítrico (fijación de CO₂ o ciclo de Krebs inverso) y en el carcinoma de células renales.

La función de la fumarasa en el ciclo de Krebs es facilitar la producción de energía en la forma de NADH. En el citosol la enzima metaboliza fumarato, que es un producto secundario del ciclo de la urea y del catabolismo de los aminoácidos. Los estudios han revelado que el sitio activo está compuesto de residuos de aminoácidos de tres de las cuatro subunidades de la enzima tetramérica (clase II). Dos residuos catalíticos ácido-base potenciales son la His-188 y la Lys-324.

La fumarasa se presenta en dos formas: mitocondrial y citosólica. La isoenzima mitocondrial está involucrada en el ciclo de Krebs y la isozima citosólica participa en el metabolismo de los aminoácidos y del fumarato. La localización celular mitocondrial se establece mediante la presencia de una secuencia señalizadora en el N-término, mientras que la localización citosólica se establece por la ausencia de esta señal.

Hay dos clases de fumarasas. La clasificación depende de la disposición de las subunidades, de sus requerimientos de cofactores metálicos y de su estabilidad térmica. Se distinguen dos clases:

• Clase I. Estas fumarasas son capaces de cambiar de estado o volverse inactivas cuando están sometidas al calor o a la radiación. Son sensibles al anión superóxido, son dependientes del ion Fe2+ y son proteínas diméricas de unos 120 kDa.

• Clase II. Estas fumarasas se encuentran en procariotas y eucariotas. Son enzimas tetraméricas de 200 kDa que contienen tres segmentos distintos de aminoácidos homólogos. Son también dependientes del hierro y son estables térmicamente.

Se sabe que los procariotas tienen tres formas diferentes de fumarasa: fumarasa A, fumarasa B y fumarasa C. La fumarasa C es parte de la clase II de fumarasas, mientras que la fumarasa A y la fumarasa B de la Escherichia coli son clasificadas como de clase I.

La figura 2 muestra el mecanismo de reacción de la fumarasa. Dos grupos ácido-base (A,B) catalizan la transferencia del protón, y el estado de ionización de esos grupos está en parte definido por dos formas de la enzima, E₁ y E₂. En la forma E₁ los grupos existen en un estado internamente neutralizado (A-H / B:), mientras que en la forma E₂ los grupos están en un estado zwitteriónico (A^- / BH⁺). La forma E1 se une al fumarato y facilita su transformación en malato, y la forma E2 se une al malato y cataliza su transformación en fumarato. Las dos formas deben isomerizarse en cada ciclo catalítico.

A pesar de su importancia biológica, el mecanismo de la reacción de la fumarasa no se entiende completamente, particularmente la formación de fumarato desde S-malato debido al valor alto del pKa de uno de los hidrógenos del malato (H^R de la figura 1) que es eliminado sin la necesidad de ningún cofactor o coenzima. En cambio, es más conocido el mecanismo de reacción desde el fumarato al S-malato. Involucra una hidratación estereoespecífica del fumarato para producir S-malato mediante la adición trans de un grupo hidroxilo y un átomo de hidrógeno.