Галактокиназа
| Галактокиназа 1 | |||
|---|---|---|---|
 человеческой галактокиназы 1 Мультяшная структура мономера в комплексе с галактозой (красный) и АТФ аналогом (оранжевый). Ион магния виден как зеленая сфера. (Из PDB : 1WUU ) | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | ГАЛК1 | ||
| Альт. символы | ГАЛК | ||
| ген NCBI | 2584 | ||
| HGNC | 4118 | ||
| МОЙ БОГ | 604313 | ||
| RefSeq | НМ_000154 | ||
| ЮниПрот | P51570 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 2.7.1.6 | ||
| Локус | Хр. 17 q23-q25 | ||
| |||
| Галактокиназа 2 | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | ГАЛК2 | ||
| ген NCBI | 2585 | ||
| HGNC | 4119 | ||
| МОЙ БОГ | 137028 | ||
| RefSeq | НМ_002044 | ||
| ЮниПрот | Q01415 | ||
| Другие данные | |||
| Номер ЕС | 2.7.1.6 | ||
| Локус | Хр. 15 [1] | ||
| |||
Галактокиназа — фермент облегчающий фосфорилирование α -D-галактозы до галактозо-1-фосфата за счет одной молекулы АТФ (фосфотрансфераза) , . [1] Галактокиназа катализирует второй этап пути Лелуара , метаболического пути, обнаруженного у большинства организмов для катаболизма α-D-галактозы до глюкозо-1-фосфата . [2] Галактокиназа, впервые выделенная из млекопитающих печени , широко изучалась на дрожжах . [3] [4] археи , [5] растения , [6] [7] и люди . [8] [9]
Структура
[ редактировать ]Галактокиназа состоит из двух доменов, разделенных большой щелью. Эти две области известны как N- и C-концевые домены, а адениновое кольцо АТФ связывается в гидрофобном кармане, расположенном на их границе. N-концевой домен отмечен пятью нитями смешанного бета-листа и пятью альфа-спиралями , а С-концевой домен характеризуется двумя слоями антипараллельных бета-листов и шестью альфа-спиралями. [8] Галактокиназа принадлежит не к семейству сахаркиназ суперсемейство , а к классу АТФ-зависимых ферментов, известному как GHMP . [10] GHMP — это аббревиатура, относящаяся к его первоначальным членам: галактокиназе, гомосеринкиназе , мевалонаткиназы и фосфомевалонаткиназы . Члены суперсемейства GHMP имеют большое трехмерное сходство, несмотря на идентичность последовательностей всего от 10 до 20%. Эти ферменты содержат три хорошо консервативных мотива (I, II и III), второй из которых участвует в связывании нуклеотидов и имеет последовательность Pro -XXX- Gly - Leu -X- Ser -Ser- Ala . [11]
Специфика сахара
[ редактировать ]Галактокиназы разных видов демонстрируют большое разнообразие субстратных специфичностей . Галактокиназа E. coli также может фосфорилировать 2-дезокси-D-галактозу, 2-аминодезокси-D-галактозу, 3-дезокси-D-галактозу и D-фукозу . Фермент не переносит никаких модификаций С-4, но изменения в положении С-2 D-галактозы не влияют на функцию фермента. [12] Галактокиназы как человека, так и крысы также способны успешно фосфорилировать 2-дезокси-D-галактозу. [13] [14] Галактокиназа из S. cerevisiae , с другой стороны, очень специфична в отношении D-галактозы и не может фосфорилировать глюкозу , маннозу , арабинозу , фукозу, лактозу , галактитол или 2-дезокси-D-галактозу. [3] [4] Более того, кинетические свойства галактокиназы также различаются у разных видов. [8] Сахарная специфичность галактокиназ из разных источников резко расширилась в результате направленной эволюции. [15] и структурно-ориентированная белковая инженерия . [16] [17] Соответствующие широко разрешенные сахароаномерные киназы служат краеугольным камнем для in vitro и in vivo гликорандомизации . [18] [19] [20]
Механизм
[ редактировать ]роль активного центра остатков Недавно стала понятна галактокиназы человека. Asp -186 отрывает протон от C1-OH α-D-галактозы, и образующийся алкоксидный нуклеофил атакует γ- фосфор АТФ. Фосфатная группа переносится на сахар, и Asp-186 депротонироваться водой . может Соседний Arg -37 стабилизирует Asp-186 в его анионной форме, а также было доказано, что он необходим для функции галактокиназы в экспериментах по точечным мутациям . [9] Остатки активного центра аспарагиновой кислоты и аргинина высоко консервативны среди галактокиназ. [8]
Биологическая функция
[ редактировать ]Путь Лелуара катализирует превращение галактозы в глюкозу. Галактоза содержится в молочных продуктах , а также во фруктах и овощах и может вырабатываться эндогенно при расщеплении гликопротеинов и гликолипидов . Для пути Лелуара необходимы три фермента: галактокиназа, галактозо-1-фосфатуридилилтрансфераза и УДФ-галактозо-4-эпимераза. Галактокиназа катализирует первую стадию катаболизма галактозы, образуя галактозо-1-фосфат. [2] [21]
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Галактоземия , редкое нарушение обмена веществ, характеризующееся снижением способности метаболизировать галактозу, может быть вызвано мутацией любого из трех ферментов пути Лелуара. [2] Дефицит галактокиназы , также известный как галактоземия типа II, представляет собой рецессивное нарушение обмена веществ, вызванное мутацией галактокиназы человека. Выявлено около 20 мутаций, вызывающих галактоземию II типа, основным симптомом которой является раннее начало катаракты . В хрусталика клетках человеческого глаза альдозоредуктаза превращает галактозу в галактитол. Поскольку галактоза не катаболизируется до глюкозы из-за мутации галактокиназы, галактитол накапливается. Этот градиент галактита через клеточную мембрану хрусталика запускает осмотическое поглощение воды, что приводит к набуханию и, в конечном итоге, апоптозу клеток хрусталика. [22]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «галактокиназа» . Медицинский словарь . Проверено 26 января 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с Фрей П.А. (март 1996 г.). «Путь Лелуара: механистический императив для трех ферментов изменить стереохимическую конфигурацию одного углерода в галактозе» . Журнал ФАСЭБ . 10 (4): 461–70. дои : 10.1096/fasebj.10.4.8647345 . ПМИД 8647345 . S2CID 13857006 .
- ^ Jump up to: а б Шелл М.А., Уилсон Д.Б. (май 1979 г.). «Очистка мРНК галактокиназы из Saccharomyces cerevisiae методом непрямой иммунопреципитации» . Журнал биологической химии . 254 (9): 3531–6. дои : 10.1016/S0021-9258(18)50793-6 . ПМИД 107173 .
- ^ Jump up to: а б Селлик, Калифорния, Рис Р.Дж. (июнь 2006 г.). «Вклад боковых цепей аминокислот в специфичность связывания сахара в галактокиназе Gal1p и индукторе транскрипции Gal3p» . Журнал биологической химии . 281 (25): 17150–5. дои : 10.1074/jbc.M602086200 . ПМИД 16603548 .
- ^ Хартли А., Глинн С.Е., Барынин В., Бейкер П.Дж., Седельникова С.Е., Верхис С., де Геус Д., ван дер Ост Дж., Тимсон DJ, Рис Р.Дж., Райс Д.В. (март 2004 г.). «Субстратная специфичность и механизм структуры галактокиназы Pyrococcus Furiosus». Журнал молекулярной биологии . 337 (2): 387–98. дои : 10.1016/j.jmb.2004.01.043 . ПМИД 15003454 .
- ^ Фольетти М.Дж., Першерон Ф (1976). «[Очистка и механизм действия растительной галактокиназы]». Биохимия . 58 (5): 499–504. дои : 10.1016/s0300-9084(76)80218-0 . ПМИД 182286 .
- ^ Дей П.М. (октябрь 1983 г.). «Галактокиназа семян Vicia faba» . Европейский журнал биохимии . 136 (1): 155–9. дои : 10.1111/j.1432-1033.1983.tb07720.x . ПМИД 6617655 .
- ^ Jump up to: а б с д Холден Х.М., Тоден Дж.Б., Тимсон DJ, Рис Р.Дж. (октябрь 2004 г.). «Галактокиназа: структура, функция и роль при галактоземии II типа». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 61 (19–20): 2471–84. дои : 10.1007/s00018-004-4160-6 . ПМИД 15526155 . S2CID 7293337 .
- ^ Jump up to: а б с Megarity CF, Хуанг М., Уорнок С., Тимсон DJ (июнь 2011 г.). «Роль остатков активного центра галактокиназы человека: значение для механизмов киназ GHMP». Биоорганическая химия . 39 (3): 120–6. дои : 10.1016/j.bioorg.2011.03.001 . ПМИД 21474160 .
- ^ Тан М., Виренга К., Эльзас Л.Дж., Лай К. (декабрь 2010 г.). «Молекулярная и биохимическая характеристика галактокиназы человека и ее низкомолекулярных ингибиторов» . Химико-биологические взаимодействия . 188 (3): 376–85. Бибкод : 2010CBI...188..376T . дои : 10.1016/j.cbi.2010.07.025 . ПМЦ 2980576 . ПМИД 20696150 .
- ^ Jump up to: а б Тоден Дж. Б., Холден Х. М. (август 2003 г.). «Молекулярная структура галактокиназы» . Журнал биологической химии . 278 (35): 33305–11. дои : 10.1074/jbc.M304789200 . ПМИД 12796487 .
- ^ Ян Дж., Фу X, Цзя Q, Шен Дж., Биггинс Дж.Б., Цзян Дж., Чжао Дж., Шмидт Дж.Дж., Ван П.Г., Торсон Дж.С. (июнь 2003 г.). «Исследование субстратной специфичности галактокиназы Escherichia coli». Органические письма . 5 (13): 2223–6. дои : 10.1021/ol034642d . ПМИД 12816414 .
- ^ Тимсон DJ, Рис Р.Дж. (ноябрь 2003 г.). «Распознавание сахара галактокиназой человека» . Биохимия БМК . 4:16 . дои : 10.1186/1471-2091-4-16 . ПМК 280648 . ПМИД 14596685 .
- ^ Уокер Д.Г., Хан Х.Х. (июнь 1968 г.). «Некоторые свойства галактокиназы в развитии печени крыс» . Биохимический журнал . 108 (2): 169–75. дои : 10.1042/bj1080169 . ПМЦ 1198790 . ПМИД 5665881 .
- ^ Хоффмайстер Д., Ян Дж., Лю Л., Торсон Дж.С. (ноябрь 2003 г.). «Создание первой аномерной D/L-сахаркиназы путем направленной эволюции» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (23): 13184–9. дои : 10.1073/pnas.2235011100 . ПМЦ 263743 . ПМИД 14612558 .
- ^ Ян Дж., Фу Икс, Ляо Дж., Лю Л., Торсон Дж.С. (июнь 2005 г.). «Структурная инженерия галактокиназы E. coli как первый шаг на пути к гликорандомизации in vivo» . Химия и биология . 12 (6): 657–64. doi : 10.1016/j.chembiol.2005.04.009 . ПМИД 15975511 .
- ^ Уильямс Дж.Дж., Гантт Р.В., Торсон Дж.С. (октябрь 2008 г.). «Влияние ферментной инженерии на гликодиверсификацию натуральных продуктов» . Современное мнение в области химической биологии . 12 (5): 556–64. дои : 10.1016/j.cbpa.2008.07.013 . ПМЦ 4552347 . ПМИД 18678278 .
- ^ Лангенхан Дж. М., Гриффит Б. Р., Торсон Дж. С. (ноябрь 2005 г.). «Неогликорандомизация и химиоферментная гликорандомизация: два взаимодополняющих инструмента для диверсификации натуральных продуктов». Журнал натуральных продуктов . 68 (11): 1696–711. дои : 10.1021/np0502084 . ПМИД 16309329 .
- ^ Уильямс Дж.Дж., Ян Дж., Чжан С., Торсон Дж.С. (январь 2011 г.). «Рекомбинантные штаммы-прототипы E. coli для гликорандомизации in vivo» . АКС Химическая биология . 6 (1): 95–100. дои : 10.1021/cb100267k . ПМК 3025069 . ПМИД 20886903 .
- ^ Гантт Р.В., Пельтье-Пейн П., Торсон Дж.С. (октябрь 2011 г.). «Ферментативные методы глико(диверсификации/рандомизации) лекарств и малых молекул». Отчеты о натуральных продуктах . 28 (11): 1811–53. дои : 10.1039/c1np00045d . ПМИД 21901218 .
- ^ Холден Х.М., Рэймент I, Тоден Дж.Б. (ноябрь 2003 г.). «Структура и функции ферментов пути Лелуара метаболизма галактозы» . Журнал биологической химии . 278 (45): 43885–8. дои : 10.1074/jbc.R300025200 . ПМИД 12923184 .
- ^ Тимсон DJ, Рис Р.Дж. (апрель 2003 г.). «Функциональный анализ болезнетворных мутаций галактокиназы человека» . Европейский журнал биохимии . 270 (8): 1767–74. дои : 10.1046/j.1432-1033.2003.03538.x . ПМИД 12694189 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Галактокиназа в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- ^ Биби, Джейн А.; Фрей, Перри А. (1 октября 1998 г.). «Галактозомутаротаза: очистка, характеристика и исследование двух важных остатков гистидина» . Биохимия . 37 (42): 14989–14997. дои : 10.1021/bi9816047 . ISSN 0006-2960 .