Galaktokináza

Galaktokináza  je enzym (fosfotransferáza), který usnadňuje fosforylaci α-D-galaktózy na galaktóza-1-fosfát na úkor jedné molekuly ATP [2] . Galaktokináza katalyzuje druhý krok Leloirovy cesty, metabolické cesty, která se nachází ve většině organismů a která katabolizuje α-D-galaktózu na glukóza-1-fosfát [3] . Nejprve izolovaná z jater savců byla galaktokináza rozsáhle studována v kvasinkách [4] [5] , archaea [6] , rostlinách [7] [8] a lidech [9] [10] .

Struktura

Galaktokináza se skládá ze dvou domén oddělených velkou mezerou. Tyto dvě oblasti jsou známé jako N- a C-terminální domény a adeninový kruh ATP se váže v hydrofobní kapse umístěné na jejich rozhraní. N-terminální doména je označena pěti řetězci smíšených beta-listů a pěti alfa-helixy , zatímco C-terminální doména je charakterizována dvěma vrstvami antiparalelních beta-listů a šesti alfa-helixy [9] . Galaktokináza nepatří do rodiny cukerných kináz , ale spíše do třídy enzymů závislých na ATP známých jako superrodina GHMP [11] . GHMP je zkratka odkazující na své původní členy: galaktokinázu, homoserinkinázu, mevalonátkinázu a fosfomevalonátkinázu. Členové nadrodiny GHMP mají vysokou trojrozměrnou podobnost navzdory pouze 10-20% sekvenční identitě. Tyto enzymy obsahují tři dobře konzervované motivy (I, II a III), z nichž druhý se účastní nukleotidové vazby a má sekvenci Pro -XXX - Gly - Leu - X -Ser-Ser - Ala [1] .

Specifičnost cukrů

Galaktokinázy vykazují širokou škálu substrátových specifičností u různých druhů . Galaktokináza E. coli může také fosforylovat 2-deoxy-D-galaktózu, 2-amino-deoxy-D-galaktózu, 3-deoxy-D-galaktózu a D-fukózu . Enzym netoleruje žádné modifikace C-4, ale změny v poloze C-2 D-galaktózy neovlivňují funkci enzymu [12] . Lidské i potkaní galaktokinázy jsou také schopny úspěšně fosforylovat 2-deoxy-D-galaktózu [13] [14] . Na druhé straně galaktokináza ze S. cerevisiae je vysoce specifická pro D-galaktózu a nemůže fosforylovat glukózu , manózu , arabinózu , fukózu, laktózu , galaktitol nebo 2-deoxy-D-galaktózu [4] [5] . Kromě toho se kinetické vlastnosti galaktokinázy mezi druhy také liší [9] . Specifičnost galaktokinázových cukrů z různých zdrojů byla významně rozšířena prostřednictvím řízené evoluce [15] a strukturního proteinového inženýrství [16] [17] . Vhodné, široce permisivní cukerné anomerní kinázy slouží jako základní kámen pro glykorandomizaci in vitro a in vivo [18] [19] [20] .

Mechanismus

Nedávno se vyjasnila úloha zbytků aktivního místa v lidské galaktokináze. Asp - 186 odděluje proton od C1-OH α-D-galaktózy a výsledný alkoxid - nukleofil napadá γ - fosfor ATP. Fosfátová skupina se přenese na cukr a Asp-186 může být deprotonován vodou . Sousední Arg -37 stabilizuje Asp-186 v jeho aniontové formě a také se ukázalo, že je nezbytný pro funkci galaktokinázy v experimentech s bodovými mutacemi [10] . Zbytky kyseliny asparagové a argininu v aktivním místě jsou mezi galaktokinázami vysoce konzervované [9] .

Biologická funkce

Leloirova dráha katalyzuje přeměnu galaktózy na glukózu. Galaktóza se nachází v mléčných výrobcích , stejně jako v ovoci a zelenině , a může být produkována endogenně rozkladem glykoproteinů a glykolipidů . Leloirova dráha vyžaduje tři enzymy: galaktokinázu, galaktóza-1-fosfát uridylyltransferázu a UDP-galaktóza-4-epimerázu. Galaktokináza katalyzuje první krok katabolismu galaktózy a tvoří galaktóza-1-fosfát [3] [21] .

Související nemoci

Galaktosemie , vzácná metabolická porucha charakterizovaná sníženou schopností metabolizovat galaktózu, může být způsobena mutací kteréhokoli ze tří enzymů v Leloirově dráze [3] . Deficit galaktokinázy, také známý jako galaktosémie typu II, je recesivní metabolická porucha způsobená mutací lidské galaktokinázy. Bylo identifikováno přibližně 20 mutací, které způsobují galaktosémii typu II, jejímž hlavním příznakem je časný nástup katarakty . V buňkách čočky lidského oka přeměňuje aldózareduktáza galaktózu na galaktitol. Vzhledem k tomu, že galaktóza není katabolizována na glukózu v důsledku mutace v galaktokináze, galaktitol se hromadí. Tento gradient galaktitolu přes buněčnou membránu čočky spouští osmotické vychytávání vody, což vede k otoku a případné apoptóze buněk čočky [22] .

Seznam poznámek

1. ↑ 1 2 James B. Thoden, Hazel M. Holden. Molecular Structure of Galactokinase  (anglicky)  // Journal of Biological Chemistry. — 2003-08. — Sv. 278 , iss. 35 . — S. 33305–33311 . - doi : 10.1074/jbc.M304789200 .
2. ↑ galaktokináza . Lékařský slovník . Staženo: 26. ledna 2013. (neurčitý)
3. ↑ 1 2 3 Perry A. Frey. Leloirova cesta: mechanický imperativ tří enzymů ke změně stereochemické konfigurace jednoho uhlíku v galaktóze  //  The FASEB Journal. — 1996-03. — Sv. 10 , iss. 4 . — S. 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. Purifikace galaktokinázové mRNA ze Saccharomyces cerevisiae nepřímou imunoprecipitací.  (anglicky)  // Journal of Biological Chemistry. — 1979-05. — Sv. 254 , iss. 9 . - str. 3531-3536 . - doi : 10.1016/S0021-9258(18)50793-6 .
5. ↑ 1 2 Christopher A. Sellick, Richard J. Reece. Příspěvek postranních řetězců aminokyselin k specifičnosti vazby cukru v galaktokináze, Gal1p a induktoru transkripce, Gal3p  //  Journal of Biological Chemistry. — 2006-06. — Sv. 281 , iss. 25 . — S. 17150–17155 . - doi : 10.1074/jbc.M602086200 .
6. ↑ „Specifita a mechanismus substrátu ze struktury galaktokinázy Pyrococcus furiosus“. Journal of Molecular Biology . 337 (2): 387-98. březen 2004. doi : 10.1016/j.jmb.2004.01.043 . PMID  15003454 .
7. ↑ Marie-Jose Foglietti, Francois Percheron. Purification et mécanisme d'action d'une galaktokinase végétale  (fr.)  // Biochimie. - 1976-06. — Sv. 58 , livr. 5 . - str. 499-504 . - doi : 10.1016/S0300-9084(76)80218-0 .
8. ↑ „Galaktokináza ze semen Vicia faba“. European Journal of Biochemistry . 136 (1): 155-9. října 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. Galaktokináza: struktura, funkce a role v galaktosémii typu II  (anglicky)  // Cellular and Molecular Life Sciences. — 2004-10. — Sv. 61 , iss. 19-20 . - str. 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. Role zbytků aktivního místa v lidské galaktokináze: Důsledky pro mechanismy GHMP kináz  //  Bioorganic Chemistry. — 2011-06. — Sv. 39 , iss. 3 . — S. 120–126 . - doi : 10.1016/j.bioorg.2011.03.001 .
11. ↑ M. Tang, K. Wierenga, L. J. Elsas, K. Lai. Molekulární a biochemická charakterizace lidské galaktokinázy a jejích malomolekulárních inhibitorů  //  Chemicko-biologické interakce. — 2010-12. — Sv. 188 , iss. 3 . — S. 376–385 . - doi : 10.1016/j.cbi.2010.07.025 .
12. ↑ Jie Yang, Xun Fu, Qiang Jia, Jie Shen, John B. Biggins. Studie o substrátové specifičnosti galaktokinázy Escherichia coli  (anglicky)  // Organic Letters. — 2003-06-01. — Sv. 5 , iss. 13 . — S. 2223–2226 . — ISSN 1523-7052 1523-7060, 1523-7052 . - doi : 10.1021/ol034642d .
13. ↑ David J Timson, Richard J Reece. [Nebyl nalezen žádný název ] // BMC Biochemistry. - 2003. - svazek 4 , č. 1 . - S. 16 . - doi : 10.1186/1471-2091-4-16 .
14. ↑ DG Walker, HH Khan. Některé vlastnosti galaktokinázy ve vývoji jater potkana  //  Biochemical Journal. — 1968-06-01. — Sv. 108 , iss. 2 . — S. 169–175 . — ISSN 0306-3283 . - doi : 10.1042/bj1080169 .
15. ↑ „Vytvoření první anomerní D/L-cukr kinázy pomocí řízené evoluce“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 100 (23): 13184-9. listopad 2003. doi : 10.1073/ pnas.2235011100 . PMID 14612558 . 
16. ↑ Jie Yang, Xun Fu, Jianchun Liao, Lesley Liu, Jon S. Thorson. Inženýrství galaktokinázy E. coli založené na struktuře jako první krok k in vivo glykorandomizaci  //  Chemie a biologie. — 2005-06. — Sv. 12 , iss. 6 . — S. 657–664 . - doi : 10.1016/j.chembiol.2005.04.009 .
17. ↑ Gavin J Williams, Richard W Gantt, Jon S Thorson. Vliv enzymového inženýrství na glykodiverzifikaci přírodních produktů  //  Aktuální názor v chemické biologii. — 2008-10. — Sv. 12 , iss. 5 . - str. 556-564 . - doi : 10.1016/j.cbpa.2008.07.013 .
18. ↑ Joseph M. Langenhan, Byron R. Griffith, Jon S. Thorson. Neoglykorandomizace a chemoenzymatická glykorandomizace: dva doplňkové nástroje pro diverzifikaci přírodních produktů  //  Journal of Natural Products. - 2005-11-01. — Sv. 68 , iss. 11 . - S. 1696-1711 . - ISSN 1520-6025 0163-3864, 1520-6025 . - doi : 10.1021/np0502084 .
19. ↑ Gavin J. Williams, Jie Yang, Changsheng Zhang, Jon S. Thorson. Rekombinantní kmeny prototypu E. coli pro in vivo glykorandomizaci  //  Chemická biologie ACS. — 21. 1. 2011. — Sv. 6 , iss. 1 . — S. 95–100 . — ISSN 1554-8937 1554-8929, 1554-8937 . doi : 10.1021 / cb100267k .
20. ↑ Richard W. Gantt, Pauline Peltier-Pain, Jon S. Thorson. Enzymatické metody pro glyko(diverzifikaci/randomizaci) léků a malých molekul  (anglicky)  // Natural Product Reports. - 2011. - Sv. 28 , iss. 11 . — S. 1811 . — ISSN 1460-4752 0265-0568, 1460-4752 . doi : 10.1039 / c1np00045d .
21. ↑ Hazel M. Holden, Ivan Rayment, James B. Thoden. Struktura a funkce enzymů Leloir Pathway for Galactose Metabolism  (anglicky)  // Journal of Biological Chemistry. — 2003-11. — Sv. 278 , iss. 45 . — S. 43885–43888 . - doi : 10.1074/jbc.R300025200 .
22. ↑ David J. Timson, Richard J. Reece. Funkční analýza mutací způsobujících onemocnění v lidské galaktokináze  (anglicky)  // European Journal of Biochemistry. — 2003-04. — Sv. 270 , iss. 8 . — S. 1767–1774 . — ISSN 1432-1033 0014-2956, 1432-1033 . - doi : 10.1046/j.1432-1033.2003.03538.x .

Odkazy

• MeSH galaktokináza