Struktura ljudskog galaktokinaznog 1 monomera u kompleksu sa galaktozom (crveno) i analognom ATP (narandžasto). Magnezijev ion je vidljiv kao zelena kugla. (Iz PDB1WUU 1WUU)
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 šećernihkinaza, 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 – Gly – Leu – X – Ser – Ser – Ala.[11]
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]
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 PDB1PIE 1PIE)
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]
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 sočivnimćelijama 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]
123Megarity 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. PMID21474160.
