GALK1

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
GALK1
Galactokinase 1 1WUU.png
Identifikatori
Aliasi
Vanjski ID-jeviGeneCards: [1]
Ortolozi
VrsteČovjekMiš
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNK)

n/a

n/a

RefSeq (bjelančevina)

n/a

n/a

Lokacija (UCSC)n/an/a
PubMed pretragan/an/a
Wikipodaci
Pogledaj/uredi – čovjek
Galaktokinaza 1
Galactokinase 1 1WUU.png
Struktura ljudskog galaktokinaznog 1 monomera u kompleksu sa galaktozom (crveno) i analognom ATP (narandžasto). Magnezijev ion je vidljiv kao zelena kugla. (Iz PDB 1WUU 1WUU)
Identifikatori
SimbolGALK1
Alt. simboliGALK
NCBI gen2584
HGNC4118
OMIM604313
RefSeqNM_000154
UniProtP51570
Ostali podaci
EC broj2.7.1.6
LokusHrom. 17 q23-q25
Pretraga za
StruktureSwiss-model
DomeneInterPro
Galaktokinaza 2
Identifikatori
SimbolGALK2
NCBI gen2585
HGNC4119
OMIM137028
RefSeqNM_002044
UniProtQ01415
Ostali podaci
EC broj2.7.1.6
LokusHrom. 15 [2]
Pretraga za
StruktureSwiss-model
DomeneInterPro

Galaktokinaza je enzim (fosfotransferaza) koji olakšava fosforilaciju α-D-galaktoze do galaktoza 1-fosfata, uz gubitak jedne molekule ATP-a.[1] Galaktokinaza katalizira drugi korak Leloirovog puta, metaboličkog puta koji se nalazi u većini organizama, za katabolizam β-D-galaktoze u glukoza 1-fosfat.[2] Prvo izolovana iz sisarske jetre, galaktokinaza je opsežno proučavana u kvascima,[3][4] archaeama,[5] biljkama,[6][7] i ljudima.[8][9]

Struktura[uredi | uredi izvor]

Galaktokinaza se sastoji od dva domena odvojena velikim rascjepom. Dvije regije su poznate kao N- i C-terminalni domeni, a adeninski prsten ATP-a veže se u hidrofobni džep na njihovoj površini. N-terminalni domen obilježava pet lanaca miješanih beta-listova i pet alfa-heliksa, a C-terminalni domen karakteriziraju dva sloja anti-paralelnih beta-listova i šest alfa-heliksa.[8] Galaktokinaza ne pripada porodici šećernih kinaza, već klasi ATP-zavisnih enzima poznatih kao superporodica GHMP.[10] GHMP je skraćenica koja se odnosi na svoje izvorne članove: galaktokinaza, homoserin-kinaza, mevalonat-kinaza i fosfomevalonat-kinaza. Članovi superporodice GHMP imaju veliku trodimenzijskuu sličnost, uprkos samo deset do 20% identiteta sekvence. Ovi enzimi sadrže tri dobro konzervirana motiva (I, II i III), od kojih je drugi uključen u vezanje nukleotida i ima sekvencu Pro – XXX – GlyLeu – X – Ser – Ser – Ala.[11]

Specifičnost šećera[uredi | uredi izvor]

Galaktokinaze u različitim vrstama pokazuju veliku raznolikost specifičnosti supstrata. Galaktokinaza E. coli može također fosforilirati 2-dezoksi-D-galaktozu, 2-amino-dezoksi-D-galaktozu, 3-dezoksi-D-galaktozu i D-fukozu. Enzim ne može tolerirati nikakve modifikacije C-4, ali promjene na položaju C-2 D-galaktoze ne ometaju funkciju enzima.[12] I ljudske i pacovske galaktokinaze također uspešno fosforiliraju 2-deoksi-D-galaktozu.[13][14] Galaktokinaza iz S. cerevisiae , s druge strane, visoko je specifičan za D-galaktozu i ne može fosforilirati glukozu, manozu, arabinozu, fukozu, laktozu, galaktotol, ili 2-dezoksi-D-galaktozu.[3][4] Štaviše, kinetička svojstva galaktokinaze razlikuju se i među vrstama.[8] Specifičnost šećera galaktokinaza iz različitih izvora dramatično je proširena tokom usmjerene evolucije[15] i zasnovane na strukturi proteinskog inženjerstva.[16][17] Odgovarajuće široko permisivne anomerne šećerne kinaze služe kao temelj za in vitro i in vivo glikorandomizaciju.[18][19][20]

Mehanizam[uredi | uredi izvor]

Nedavno su uloge aktivnih mjesta ostataka u ljudskoj galaktokinazi postale razumljive. Asp-186 apstrahira proton iz C1-OH α-D-galaktoze, a rezultirajući alkoksidni nukleofil napada γ - fosfor u ATP-u. Fosfatna grupa se prenosi na šećer, a Asp-186 voda može deprotonirati. U blizini Arg-37 stabilizuje Asp-186 u njegovom anionskom obliku, a također je dokazano da je ključan za funkciju galaktokinaze u eksperimentima tačkastih mutacija.[9] I ostaci aktivne lokacije aspartatske kiseline i arginina visoko su konzervirani među galaktokinazama.[8]

Vjerovatni mehanizam galaktokinaze.[9] Ostatak aspartata je u svom anionskom obliku stabiliziran obližnjim ostatkom arginina.
Kristalna struktura aktivnog mjesta galaktokinaze iz Lactococcus lactis[11]
Galaktokinaza je prikazana zelenom bojom, fosfat narandastom, a ostaci odgovorni za vezivanje šećernog liganda prikazani su u magenta: Arg-36 , Glu-42, Asp-45, Asp-183 i Tyr-233. Arg-36 i Asp-183 galaktokinaze Lactococcus lactis analogni su Arg-37 i Asp-186 u ljudskoj galaktokinazi. (Iz PDB 1PIE 1PIE)

Biološka funkcija[uredi | uredi izvor]

Leloirov put katalizira konverziju galaktoze u glukozu. Galaktoza se nalazi u mlečnim proizvodima, kao i u voću i povrću, a može se proizvesti endogeno pri razgradnji glikoproteina i glikolipida. U Leloirovom putu potrebna su tri enzima: galaktokinaza, galaktoza-1-fosfat uridililtransferaza i UDP-galaktoza 4-epimeraza. Galaktokinaza katalizira prvi počinjeni korak katabolizma galaktoze, formirajući galaktoza 1-fosfat.[2][21]

Klinički značaj[uredi | uredi izvor]

Galaktozemija, rijedak metabolički poremećaj koji karakterizira smanjena sposobnost metabolizma galaktoze, može biti uzrokovan mutacijom bilo kojeg od tri enzima u Leloirovom putu.[2] Nedostatak galaktokinaze, poznat i kao galaktozemija tip II, je recesivni metabolički poremećaj uzrokovan mutacijom u ljudskoj galaktokinazi. Otkriveno je oko 20 mutacija koje uzrokuju galaktozemiju tipa II, čiji je glavni simptom rani početak katarakta. U sočivnim ćelijama čovekovog oka, aldoza-reduktaza pretvara galaktozu u galaktitol. Kako se galaktoza ne katabolizira u glukozu, zbog galaktokinazne mutacije, akumulira se galaktitol. Ovaj gradijent galaktitola preko ćelijske membrane sočiva pokreće osmotsko usvajanje vode i dolazi do otoka i eventualne apoptoze ćelija sočiva.[22]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ "galactokinase". Medical Dictionary. Pristupljeno 26. 1. 2013.
  2. ^ a b c Frey PA (mart 1996). "The Leloir pathway: a mechanistic imperative for three enzymes to change the stereochemical configuration of a single carbon in galactose". FASEB Journal. 10 (4): 461–70. doi:10.1096/fasebj.10.4.8647345. PMID 8647345. S2CID 13857006.
  3. ^ a b Schell MA, Wilson DB (maj 1979). "Purification of galactokinase mRNA from Saccharomyces cerevisiae by indirect immunoprecipitation". The Journal of Biological Chemistry. 254 (9): 3531–6. PMID 107173.
  4. ^ a b Sellick CA, Reece RJ (juni 2006). "Contribution of amino acid side chains to sugar binding specificity in a galactokinase, Gal1p, and a transcriptional inducer, Gal3p". The Journal of Biological Chemistry. 281 (25): 17150–5. doi:10.1074/jbc.M602086200. PMID 16603548.
  5. ^ Hartley A, Glynn SE, Barynin V, Baker PJ, Sedelnikova SE, Verhees C, de Geus D, van der Oost J, Timson DJ, Reece RJ, Rice DW (mart 2004). "Substrate specificity and mechanism from the structure of Pyrococcus furiosus galactokinase". Journal of Molecular Biology. 337 (2): 387–98. doi:10.1016/j.jmb.2004.01.043. PMID 15003454.
  6. ^ Foglietti MJ, Percheron F (1976). "[Purification and mechanism of action of a plant galactokinase]". Biochimie. 58 (5): 499–504. doi:10.1016/s0300-9084(76)80218-0. PMID 182286.
  7. ^ Dey PM (oktobar 1983). "Galactokinase of Vicia faba seeds". European Journal of Biochemistry. 136 (1): 155–9. doi:10.1111/j.1432-1033.1983.tb07720.x. PMID 6617655.
  8. ^ a b c d Holden HM, Thoden JB, Timson DJ, Reece RJ (oktobar 2004). "Galactokinase: structure, function and role in type II galactosemia". Cellular and Molecular Life Sciences. 61 (19–20): 2471–84. doi:10.1007/s00018-004-4160-6. PMID 15526155. S2CID 7293337.
  9. ^ a b c Megarity CF, Huang M, Warnock C, Timson DJ (juni 2011). "The role of the active site residues in human galactokinase: implications for the mechanisms of GHMP kinases". Bioorganic Chemistry. 39 (3): 120–6. doi:10.1016/j.bioorg.2011.03.001. PMID 21474160.
  10. ^ Tang M, Wierenga K, Elsas LJ, Lai K (decembar 2010). "Molecular and biochemical characterization of human galactokinase and its small molecule inhibitors". Chemico-Biological Interactions. 188 (3): 376–85. doi:10.1016/j.cbi.2010.07.025. PMC 2980576. PMID 20696150.
  11. ^ a b Thoden JB, Holden HM (august 2003). "Molecular structure of galactokinase". The Journal of Biological Chemistry. 278 (35): 33305–11. doi:10.1074/jbc.M304789200. PMID 12796487.
  12. ^ Yang J, Fu X, Jia Q, Shen J, Biggins JB, Jiang J, Zhao J, Schmidt JJ, Wang PG, Thorson JS (juni 2003). "Studies on the substrate specificity of Escherichia coli galactokinase". Organic Letters. 5 (13): 2223–6. doi:10.1021/ol034642d. PMID 12816414.
  13. ^ Timson DJ, Reece RJ (novembar 2003). "Sugar recognition by human galactokinase". BMC Biochemistry. 4: 16. doi:10.1186/1471-2091-4-16. PMC 280648. PMID 14596685.
  14. ^ Walker DG, Khan HH (juni 1968). "Some properties of galactokinase in developing rat liver". The Biochemical Journal. 108 (2): 169–75. doi:10.1042/bj1080169. PMC 1198790. PMID 5665881.
  15. ^ Hoffmeister D, Yang J, Liu L, Thorson JS (novembar 2003). "Creation of the first anomeric D/L-sugar kinase by means of directed evolution". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (23): 13184–9. doi:10.1073/pnas.2235011100. PMC 263743. PMID 14612558.
  16. ^ Yang J, Fu X, Liao J, Liu L, Thorson JS (juni 2005). "Structure-based engineering of E. coli galactokinase as a first step toward in vivo glycorandomization". Chemistry & Biology. 12 (6): 657–64. doi:10.1016/j.chembiol.2005.04.009. PMID 15975511.
  17. ^ Williams GJ, Gantt RW, Thorson JS (oktobar 2008). "The impact of enzyme engineering upon natural product glycodiversification". Current Opinion in Chemical Biology. 12 (5): 556–64. doi:10.1016/j.cbpa.2008.07.013. PMC 4552347. PMID 18678278.
  18. ^ Langenhan JM, Griffith BR, Thorson JS (novembar 2005). "Neoglycorandomization and chemoenzymatic glycorandomization: two complementary tools for natural product diversification". Journal of Natural Products. 68 (11): 1696–711. doi:10.1021/np0502084. PMID 16309329.
  19. ^ Williams GJ, Yang J, Zhang C, Thorson JS (januar 2011). "Recombinant E. coli prototype strains for in vivo glycorandomization". ACS Chemical Biology. 6 (1): 95–100. doi:10.1021/cb100267k. PMC 3025069. PMID 20886903.
  20. ^ Gantt RW, Peltier-Pain P, Thorson JS (oktobar 2011). "Enzymatic methods for glyco(diversification/randomization) of drugs and small molecules". Natural Product Reports. 28 (11): 1811–53. doi:10.1039/c1np00045d. PMID 21901218.
  21. ^ Holden HM, Rayment I, Thoden JB (novembar 2003). "Structure and function of enzymes of the Leloir pathway for galactose metabolism". The Journal of Biological Chemistry. 278 (45): 43885–8. doi:10.1074/jbc.R300025200. PMID 12923184.
  22. ^ Timson DJ, Reece RJ (april 2003). "Functional analysis of disease-causing mutations in human galactokinase". European Journal of Biochemistry. 270 (8): 1767–74. doi:10.1046/j.1432-1033.2003.03538.x. PMID 12694189.

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

Šablon:Metabolizam fruktoze i galaktoze