Галактокиназа - Galactokinase

Галактокиназа 1
Галактокиназа 1 1WUU.png
Мультфильм структура человеческой галактокиназы 1 мономер в комплексе с галактоза (красный) и АТФ аналог (апельсин). А магний ion виден как зеленая сфера. (Из PDB: 1WUU​)
Идентификаторы
СимволГАЛК1
Альт. символыГАЛК
Ген NCBI2584
HGNC4118
OMIM604313
RefSeqNM_000154
UniProtP51570
Прочие данные
Номер ЕС2.7.1.6
LocusChr. 17 q23-q25
Галактокиназа 2
Идентификаторы
СимволGALK2
Ген NCBI2585
HGNC4119
OMIM137028
RefSeqNM_002044
UniProtQ01415
Прочие данные
Номер ЕС2.7.1.6
LocusChr. 15 [1]

Галактокиназа является фермент (фосфотрансфераза), которая способствует фосфорилирование из α-D-галактоза к галактозо-1-фосфат за счет одного молекула из АТФ.[1] Галактокиназа катализирует вторую стадию Путь Лелуара, а метаболический путь найдено в большинстве организмы для катаболизм β-D-галактозы в глюкозо-1-фосфат.[2] Впервые изолирован от млекопитающее печень, галактокиназа широко изучалась в дрожжи,[3][4] археи,[5] растения,[6][7] и люди.[8][9]

Структура

Галактокиназа состоит из двух доменов, разделенных большой щелью. Эти две области известны как N- и C-концевые домены, а аденин кольцо АТФ связывается в гидрофобном кармане, расположенном на их границе раздела. N-концевой домен отмечен пятью нитями смешанного бета-лист и пять альфа-спирали, а С-концевой домен характеризуется двумя слоями антипараллельных бета-листов и шестью альфа-спиралями.[8] Галактокиназа не относится к сахар киназа семейства, а скорее к классу АТФ-зависимых ферментов, известных как GHMP суперсемейство.[10] GHMP - это аббревиатура, относящаяся к его первоначальным членам: галактокиназа, гомосеринкиназа, мевалонаткиназа, и фосфомевалонаткиназа. Члены суперсемейства GHMP обладают большим трехмерным сходством, несмотря на идентичность последовательностей только от 10 до 20%. Эти ферменты содержат три хорошо законсервированных мотива (I, II и III), второй из которых участвует в связывании нуклеотидов и имеет последовательность Pro -X-X-X-Gly -Лея -ИКС-Сер -Сер-Ала.[11]

Специфичность сахара

Галактокиназы разных видов демонстрируют большое разнообразие особенности субстрата. Кишечная палочка галактокиназа может также фосфорилировать 2-дезокси-D-галактозу, 2-амино-дезокси-D-галактозу, 3-дезокси-D-галактозу и D-фукоза. Фермент не переносит никаких модификаций C-4, но изменения в положении C-2 D-галактозы не влияют на функцию фермента.[12] И человек, и крыса галактокиназы также способны успешно фосфорилировать 2-дезокси-D-галактозу.[13][14] Галактокиназа из С. cerevisiae, с другой стороны, очень специфичен к D-галактозе и не может фосфорилировать глюкоза, манноза, арабиноза, фукоза, лактоза, галактитол, или 2-дезокси-D-галактоза.[3][4] Более того, кинетические свойства галактокиназы также различаются у разных видов.[8] Сахароспецифичность галактокиназ из разных источников была значительно расширена за счет направленная эволюция[15] и на основе структуры белковая инженерия.[16][17] Соответствующие широко пермиссивные сахарные аномерные киназы служат краеугольным камнем для in vitro и in vivo гликорандомизация.[18][19][20]

Механизм

В последнее время роли активный сайт остатки в галактокиназе человека стали понятны. Жерех -186 рефератов a протон из C1-OH α-D-галактозы, и полученный алкоксид нуклеофил атакует γ-фосфор АТФ. А фосфатная группа превращается в сахар, и Asp-186 может быть депротонированный к воды. Рядом Arg -37 стабилизирует Asp-186 в анионный формы, а также было доказано, что он важен для функции галактокиназы в точечная мутация эксперименты.[9] Остатки активного центра как аспарагиновой кислоты, так и аргинина имеют высокую консервированный среди галактокиназ.[8]

Вероятный механизм галактокиназы.[9] Остаток аспартата стабилизируется в его анионной форме близлежащим остатком аргинина.
Кристаллическая структура активного центра галактокиназы из Lactococcus lactis.[11] Галактокиназа показана зеленым, фосфат - оранжевым, а остатки, ответственные за связывание сахарного лиганда, показаны пурпурным цветом: Arg-36, Glu-42, Asp-45, Asp-183 и Tyr-233. Arg-36 и Asp-183 из Lactococcus lactis галактокиназа аналогична Arg-37 и Asp-186 в галактокиназе человека. (Из PDB: 1 ПИЕ​)

Биологическая функция

Путь Лелуара катализирует превращение галактозы в глюкозу. Галактоза содержится в молочные продукты, а также в фрукты и овощи, и может производиться эндогенно при распаде гликопротеины и гликолипиды. Для пути Лелуара необходимы три фермента: галактокиназа, галактозо-1-фосфат уридилилтрансфераза и UDP-галактозо-4-эпимераза. Галактокиназа катализирует первый этап катаболизма галактозы, образуя галактозо-1-фосфат.[2][21]

Актуальность болезни

Галактоземия, редкий нарушение обмена веществ характеризуется пониженной способностью метаболизировать галактозу, может быть вызвано мутацией любого из трех ферментов пути Лелуара.[2] Дефицит галактокиназы, также известная как галактоземия II типа, является рецессивный нарушение обмена веществ, вызванное мутация в человеческой галактокиназе. Выявлено около 20 мутаций, вызывающих галактоземию II типа, основную симптом из которых раннее начало катаракта. В линза клетки человека глаз, альдозоредуктаза превращает галактозу в галактитол. Поскольку галактоза не катаболизируется до глюкозы из-за мутации галактокиназы, галакитол накапливается. Этот градиент галактита через клеточную мембрану хрусталика вызывает осмотический поглощение воды, набухание и возможное апоптоз клеток хрусталика следует.[22]

Рекомендации

  1. ^ «галактокиназа». Медицинский словарь. Получено 2013-01-26.
  2. ^ а б c Фрей П.А. (март 1996 г.). «Путь Лелуара: механистический императив для трех ферментов, чтобы изменить стереохимическую конфигурацию одного углерода в галактозе». Журнал FASEB. 10 (4): 461–70. Дои:10.1096 / fasebj.10.4.8647345. PMID  8647345. S2CID  13857006.
  3. ^ а б Schell MA, Wilson DB (май 1979 г.). «Очистка мРНК галактокиназы из Saccharomyces cerevisiae путем непрямой иммунопреципитации». Журнал биологической химии. 254 (9): 3531–6. PMID  107173.
  4. ^ а б Селлик, Калифорния, Рис RJ (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. PMID  16603548.
  5. ^ Хартли А., Глинн С.Е., Барынин В., Бейкер П.Дж., Седельникова С.Е., Верхес С., де Геус Д., ван дер Ост Дж., Тимсон Д.Д., Рис Р.Дж., Райс Д.В. (март 2004 г.). «Субстратная специфичность и механизм из структуры галактокиназы Pyrococcus furiosus». Журнал молекулярной биологии. 337 (2): 387–98. Дои:10.1016 / j.jmb.2004.01.043. PMID  15003454.
  6. ^ Фольетти MJ, Percheron F (1976). «[Очистка и механизм действия галактокиназы растения]». Биохимия. 58 (5): 499–504. Дои:10.1016 / с0300-9084 (76) 80218-0. PMID  182286.
  7. ^ Дей ПМ (октябрь 1983 г.). «Галактокиназа семян Vicia faba». Европейский журнал биохимии. 136 (1): 155–9. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1983.tb07720.x. PMID  6617655.
  8. ^ а б c d Holden HM, Thoden JB, Timson DJ, Reece RJ (октябрь 2004 г.). «Галактокиназа: структура, функция и роль в галактоземии II типа». Клеточные и молекулярные науки о жизни. 61 (19–20): 2471–84. Дои:10.1007 / s00018-004-4160-6. PMID  15526155. S2CID  7293337.
  9. ^ а б c Megarity CF, Huang M, Warnock C, Timson DJ (июнь 2011 г.). «Роль остатков активного сайта в человеческой галактокиназе: последствия для механизмов киназ GHMP». Биоорганическая химия. 39 (3): 120–6. Дои:10.1016 / j.bioorg.2011.03.001. PMID  21474160.
  10. ^ Тан М., Вьеренга К., Эльсас Л.Дж., Лай К. (декабрь 2010 г.). «Молекулярная и биохимическая характеристика человеческой галактокиназы и ее низкомолекулярных ингибиторов». Химико-биологические взаимодействия. 188 (3): 376–85. Дои:10.1016 / j.cbi.2010.07.025. ЧВК  2980576. PMID  20696150.
  11. ^ 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. PMID  12796487.
  12. ^ Ян Дж., Фу Х, Цзя К., Шен Дж., Биггинс Дж. Б., Цзян Дж., Чжао Дж., Шмидт Дж. Дж., Ван П. Г., Торсон Дж. С. (июнь 2003 г.). «Исследования субстратной специфичности галактокиназы Escherichia coli». Органические буквы. 5 (13): 2223–6. Дои:10.1021 / ol034642d. PMID  12816414.
  13. ^ Тимсон DJ, Рис RJ (ноябрь 2003 г.). «Узнавание сахара галактокиназой человека». BMC Биохимия. 4: 16. Дои:10.1186/1471-2091-4-16. ЧВК  280648. PMID  14596685.
  14. ^ Уокер Д. Г., Хан Х. Х. (июнь 1968 г.). «Некоторые свойства галактокиназы в развивающейся печени крысы». Биохимический журнал. 108 (2): 169–75. Дои:10.1042 / bj1080169. ЧВК  1198790. PMID  5665881.
  15. ^ Хоффмайстер Д., Ян Дж., Лю Л., Торсон Дж. С. (ноябрь 2003 г.). «Создание первой аномерной D / L-сахарной киназы посредством направленной эволюции». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 100 (23): 13184–9. Дои:10.1073 / pnas.2235011100. ЧВК  263743. PMID  14612558.
  16. ^ Ян Дж, Фу Х, Ляо Дж, Лю Л., Торсон Дж.С. (июнь 2005 г.). «Структурная инженерия галактокиназы E. coli как первый шаг к гликорандомизации in vivo». Химия и биология. 12 (6): 657–64. Дои:10.1016 / j.chembiol.2005.04.009. PMID  15975511.
  17. ^ 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. ЧВК  4552347. PMID  18678278.
  18. ^ Лангенхан Дж. М., Гриффит Б. Р., Торсон Дж. С. (ноябрь 2005 г.). «Неогликорандомизация и хемоферментативная гликорандомизация: два дополнительных инструмента для диверсификации натуральных продуктов». Журнал натуральных продуктов. 68 (11): 1696–711. Дои:10.1021 / np0502084. PMID  16309329.
  19. ^ Уильямс Дж. Дж., Ян Дж., Чжан С., Торсон Дж. С. (январь 2011 г.). «Прототип рекомбинантных штаммов E. coli для гликорандомизации in vivo». ACS Химическая биология. 6 (1): 95–100. Дои:10.1021 / cb100267k. ЧВК  3025069. PMID  20886903.
  20. ^ Gantt RW, Peltier-Pain P, Thorson JS (октябрь 2011 г.). «Ферментативные методы глико (диверсификация / рандомизация) лекарственных средств и малых молекул». Отчеты о натуральных продуктах. 28 (11): 1811–53. Дои:10.1039 / c1np00045d. PMID  21901218.
  21. ^ Холден Х.М., Реймент I, Тоден Дж.Б. (ноябрь 2003 г.). «Структура и функция ферментов пути Лелуара метаболизма галактозы». Журнал биологической химии. 278 (45): 43885–8. Дои:10.1074 / jbc.R300025200. PMID  12923184.
  22. ^ Тимсон DJ, Рис RJ (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. PMID  12694189.

внешняя ссылка