Galactokinaza

Galactokinaza  este o enzimă (fosfotransferaza) care facilitează fosforilarea α-D-galactozei în galactoză-1-fosfat în detrimentul unei molecule de ATP [2] . Galactokinaza catalizează a doua etapă a căii Leloir, o cale metabolică găsită în majoritatea organismelor pentru a cataboliza α-D-galactoza la glucoză-1-fosfat [3] . Izolată mai întâi din ficatul mamiferelor , galactokinaza a fost studiată pe larg în drojdie [4] [5] , arhee [6] , plante [7] [8] și oameni [9] [10] .

Structura

Galactokinaza constă din două domenii separate printr-un gol mare. Aceste două regiuni sunt cunoscute ca domeniile N- și C-terminale, iar inelul adenin al ATP se leagă într-un buzunar hidrofob situat la interfața lor. Domeniul N-terminal este marcat de cinci fire de foi beta mixte și cinci elice alfa , în timp ce domeniul C-terminal este caracterizat de două straturi de foi beta antiparalele și șase elice alfa [9] . Galactokinaza nu aparține familiei zahar kinazei , ci mai degrabă unei clase de enzime dependente de ATP cunoscute sub numele de superfamilie GHMP [11] . GHMP este un acronim care se referă la membrii săi originali: galactokinaza, homoserin kinaza, mevalonat kinaza și fosfomevalonat kinaza. Membrii superfamiliei GHMP au o asemănare tridimensională ridicată, în ciuda unei identități de secvență de numai 10-20%. Aceste enzime conțin trei motive bine conservate (I, II și III), dintre care al doilea este implicat în legarea nucleotidelor și are secvența Pro -XXX - Gly - Leu - X -Ser-Ser- Ala [ 1] .

Specificitatea zaharurilor

Galactokinazele prezintă o mare varietate de specificități de substrat la diferite specii . Galactokinaza de E. coli poate, de asemenea, fosforila 2-deoxi-D-galactoza, 2-amino-deoxi-D-galactoza, 3-deoxi-D-galactoza și D-fucoza . Enzima nu tolerează nicio modificare C-4, dar modificările în poziţia C-2 a D-galactozei nu afectează funcţia enzimei [12] . Atât galactokinazele umane, cât și cele de șobolan sunt, de asemenea, capabile să fosforileze cu succes 2-deoxi-D-galactoza [13] [14] . Pe de altă parte, galactokinaza din S. cerevisiae este foarte specifică pentru D-galactoză și nu poate fosforila glucoza , manoza , arabinoza , fucoza, lactoza , galactitolul sau 2-deoxi-D-galactoza [4] [5] . Mai mult, proprietățile cinetice ale galactokinazei diferă și între specii [9] . Specificitatea zaharurilor galactokinazei din diferite surse a fost extinsă semnificativ prin evoluția dirijată [15] și ingineria structurală a proteinelor [16] [17] . Kinazele anomerice de zahăr adecvate, larg permisive servesc drept piatră de temelie pentru glicorandomizarea in vitro și in vivo [18] [19] [20] .

Mecanism

Recent, a devenit clar rolul reziduurilor de situs activ în galactokinaza umană. Asp - 186 detașează un proton din C1-OH α-D-galactoză, iar alcoxidul - nucleofilul rezultat atacă γ - fosforul ATP. Gruparea fosfat este transferată în zahăr și Asp-186 poate fi deprotonat cu apă . Arg -37 învecinat stabilizează Asp-186 în forma sa anionică și s-a dovedit, de asemenea, că este necesar pentru funcția galactokinazei în experimentele cu mutații punctuale [10] . Resturile de acid aspartic și arginină din situsul activ sunt foarte conservate printre galactokinaze [9] .

Funcția biologică

Calea Leloir catalizează conversia galactozei în glucoză. Galactoza se găsește în produsele lactate , precum și în fructe și legume și poate fi produsă endogen din descompunerea glicoproteinelor și a glicolipidelor . Calea Leloir necesită trei enzime: galactokinaza, galactoza-1-fosfat uridililtransferaza și UDP-galactoza-4-epimeraza. Galactokinaza catalizează prima etapă a catabolismului galactozei, formând galactoza-1-fosfat [3] [21] .

Boli înrudite

Galactozemia , o tulburare metabolică rară caracterizată printr-o scădere a capacității de metabolizare a galactozei, poate fi cauzată de o mutație la oricare dintre cele trei enzime din calea Leloir [3] . Deficiența de galactokinază, cunoscută și sub denumirea de galactozemie de tip II, este o tulburare metabolică recesivă cauzată de o mutație a galactokinazei umane. Au fost identificate aproximativ 20 de mutații care cauzează galactozemie de tip II, al cărei simptom principal este debutul precoce al cataractei . În celulele cristalinului ochiului uman , aldoza reductaza transformă galactoza în galactitol. Deoarece galactoza nu este catabolizată la glucoză din cauza unei mutații a galactokinazei, galactitolul se acumulează. Acest gradient de galactitol de-a lungul membranei celulei cristalinului declanșează absorbția osmotică de apă, ducând la umflarea și eventuala apoptoză a celulelor cristalinului [22] .

Lista de note

1. ↑ 1 2 James B. Thoden, Hazel M. Holden. Structura moleculară a galactokinazei  (engleză)  // Journal of Biological Chemistry. — 2003-08. — Vol. 278 , iss. 35 . — P. 33305–33311 . - doi : 10.1074/jbc.M304789200 .
2. ↑ galactokinaza . Dicţionar medical . Preluat: 26 ianuarie 2013. (nedefinit)
3. ↑ 1 2 3 Perry A. Frey. Calea Leloir: un imperativ mecanicist pentru trei enzime pentru a schimba configurația stereochimică a unui singur carbon în galactoză  //  The FASEB Journal. — 1996-03. — Vol. 10 , iss. 4 . — P. 461–470 . - ISSN 1530-6860 0892-6638, 1530-6860 . - doi : 10.1096/facebj.10.4.8647345 .
4. ↑ 1 2 M A Schell, D. B. Wilson. Purificarea mARN-ului galactokinazei din Saccharomyces cerevisiae prin imunoprecipitare indirectă.  (engleză)  // Journal of Biological Chemistry. — 1979-05. — Vol. 254 , iss. 9 . - P. 3531-3536 . - doi : 10.1016/S0021-9258(18)50793-6 .
5. ↑ 1 2 Christopher A. Sellick, Richard J. Reece. Contribuția lanțurilor laterale de aminoacizi la specificitatea de legare a zahărului într-o galactokinază, Gal1p și un inductor transcripțional, Gal3p  //  Journal of Biological Chemistry. — 2006-06. — Vol. 281 , iss. 25 . — P. 17150–17155 . - doi : 10.1074/jbc.M602086200 .
6. ↑ „Specificitatea substratului și mecanismul din structura galactokinazei Pyrococcus furiosus”. Jurnalul de Biologie Moleculară . 337 (2): 387-98. martie 2004. doi : 10.1016/j.jmb.2004.01.043 . PMID  15003454 .
7. ↑ Marie-Jose Foglietti, Francois Percheron. Purification et mécanisme d'action d'une galactokinase végétale  (fr.)  // Biochimie. - 1976-06. — Vol. 58 , livr. 5 . - P. 499-504 . - doi : 10.1016/S0300-9084(76)80218-0 .
8. ↑ „Galactokinaza din semințe de Vicia faba”. Jurnalul European de Biochimie . 136 (1): 155-9. octombrie 1983. DOI : 10.1111/j.1432-1033.1983.tb07720.x . PMID  6617655 .
9. ↑ 1 2 3 4 H. M. Holden, JB Thoden, DJ Timson, RJ Reece. Galactokinaza: structură, funcție și rol în galactozemia de tip II  (engleză)  // Cellular and Molecular Life Sciences. — 2004-10. — Vol. 61 , iss. 19-20 . - P. 2471-2484 . — ISSN 1420-9071 1420-682X, 1420-9071 . - doi : 10.1007/s00018-004-4160-6 .
10. ↑ 1 2 3 Clare F. Megarity, Meilan Huang, Claire Warnock, David J. Timson. Rolul reziduurilor site-ului activ în galactokinaza umană: Implicații pentru mecanismele kinazelor GHMP  //  Chimie bioorganică. — 2011-06. — Vol. 39 , iss. 3 . — P. 120–126 . - doi : 10.1016/j.bioorg.2011.03.001 .
11. ↑ M. Tang, K. Wierenga, L.J. Elsas, K. Lai. Caracterizarea moleculară și biochimică a galactokinazei umane și a inhibitorilor săi de molecule mici  //  Interacțiuni chimice-biologice. — 2010-12. — Vol. 188 , iss. 3 . — P. 376–385 . - doi : 10.1016/j.cbi.2010.07.025 .
12. ↑ Jie Yang, Xun Fu, Qiang Jia, Jie Shen, John B. Biggins. Studii privind specificitatea substratului galactokinazei Escherichia coli  (engleză)  // Litere organice. — 2003-06-01. — Vol. 5 , iss. 13 . — P. 2223–2226 . — ISSN 1523-7052 1523-7060, 1523-7052 . - doi : 10.1021/ol034642d .
13. ↑ David J Timson, Richard J Reece. [Niciun titlu găsit ] // BMC Biochemistry. - 2003. - Vol. 4 , nr. 1 . - S. 16 . - doi : 10.1186/1471-2091-4-16 .
14. ↑ DG Walker, HH Khan. Unele proprietăți ale galactokinazei în dezvoltarea ficatului de șobolan  //  Biochemical Journal. — 1968-06-01. — Vol. 108 , iss. 2 . — P. 169–175 . — ISSN 0306-3283 . - doi : 10.1042/bj1080169 .
15. ↑ „Crearea primei D/L-zahăr kinaze anomerice prin intermediul evoluției dirijate”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 100 (23): 13184-9. noiembrie 2003. doi : 10.1073/ pnas.2235011100 . PMID 14612558 . 
16. ↑ Jie Yang, Xun Fu, Jianchun Liao, Lesley Liu, Jon S. Thorson. Ingineria bazată pe structură a galactokinazei E. coli ca prim pas către glicorandomizarea in vivo  //  Chimie și biologie. — 2005-06. — Vol. 12 , iss. 6 . — P. 657–664 . - doi : 10.1016/j.chembiol.2005.04.009 .
17. ↑ Gavin J Williams, Richard W Gantt, Jon S Thorson. Impactul ingineriei enzimatice asupra glicodiversificării produselor naturale  //  Opinia curentă în biologie chimică. — 2008-10. — Vol. 12 , iss. 5 . - P. 556-564 . - doi : 10.1016/j.cbpa.2008.07.013 .
18. ↑ Joseph M. Langenhan, Byron R. Griffith, Jon S. Thorson. Neoglicorandomizare și glicorandomizare chemoenzimatică: două instrumente complementare pentru diversificarea produselor naturale  //  Journal of Natural Products. - 2005-11-01. — Vol. 68 , iss. 11 . - P. 1696-1711 . - ISSN 1520-6025 0163-3864, 1520-6025 . - doi : 10.1021/np0502084 .
19. ↑ Gavin J. Williams, Jie Yang, Changsheng Zhang, Jon S. Thorson. Tulpini de prototip recombinant de E. coli pentru glicorandomizare in vivo  //  ACS Chemical Biology. — 21-01-2011. — Vol. 6 , iss. 1 . — P. 95–100 . — ISSN 1554-8937 1554-8929, 1554-8937 . doi : 10.1021 / cb100267k .
20. ↑ Richard W. Gantt, Pauline Peltier-Pain, Jon S. Thorson. Metode enzimatice pentru glico(diversificarea/randomizarea) medicamentelor și moleculelor mici  (engleză)  // Rapoarte despre produse naturale. - 2011. - Vol. 28 , iss. 11 . — P. 1811 . — ISSN 1460-4752 0265-0568, 1460-4752 . doi : 10.1039 / c1np00045d .
21. ↑ Hazel M. Holden, Ivan Rayment, James B. Thoden. Structura și funcția enzimelor căii Leloir pentru metabolizarea galactozei  (engleză)  // Journal of Biological Chemistry. — 2003-11. — Vol. 278 , iss. 45 . — P. 43885–43888 . - doi : 10.1074/jbc.R300025200 .
22. ↑ David J. Timson, Richard J. Reece. Analiza funcțională a mutațiilor care cauzează boli în galactokinaza umană  (engleză)  // European Journal of Biochemistry. — 2003-04. — Vol. 270 , iss. 8 . — P. 1767–1774 . — ISSN 1432-1033 0014-2956, 1432-1033 . - doi : 10.1046/j.1432-1033.2003.03538.x .

Link -uri

• Galactokinaza MeSH