Галактокиназа — фермент (фосфотрансфераза), облегчающий фосфорилирование α-D-галактозы до галактозо-1-фосфата за счет одной молекулы АТФ . Галактокиназа катализирует вторую стадию пути Лелуара, метаболического пути, обнаруженного у большинства организмов для катаболизма α-D-галактозы до глюкозо-1-фосфата . Впервые выделенная из печени млекопитающих , галактокиназа широко изучалась у дрожжей , архей , растений , и человека .

Структура

Галактокиназа состоит из двух доменов, разделенных большой щелью. Эти две области известны как N- и С-концевые домены, а адениновое кольцо АТФ связывается в гидрофобном кармане, расположенном на их границе раздела. N-концевой домен отмечен пятью нитями смешанных бета-листов и пятью альфа-спиралями , а С-концевой домен характеризуется двумя слоями антипараллельных бета-листов и шестью альфа-спиралями . Галактокиназа не принадлежит к семейству сахаркиназ , а скорее к классу АТФ-зависимых ферментов, известному как надсемейство GHMP . GHMP — это аббревиатура, относящаяся к её первоначальным членам: галактокиназа, гомосеринкиназа, мевалонаткиназа и фосфомевалонаткиназа. Члены суперсемейства GHMP имеют большое трехмерное сходство, несмотря на идентичность последовательностей только на 10-20 %. 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 .

Специфика сахаров

Галактокиназы у разных видов обнаруживают большое разнообразие субстратной специфичности . Галактокиназа E. coli может также фосфорилировать 2-дезокси-D-галактозу, 2-амино-дезокси-D-галактозу, 3-дезокси-D-галактозу и D-фукозу . Фермент не переносит никаких модификаций C-4, но изменения в положении C-2 D-галактозы не влияют на функцию фермента . Галактокиназы как человека, так и крысы также способны успешно фосфорилировать 2-дезокси-D-галактозу . С другой стороны, галактокиназа из S. cerevisiae высокоспецифична в отношении D-галактозы и не может фосфорилировать глюкозу , маннозу , арабинозу , фукозу, лактозу , галактит или 2-дезокси-D-галактозу . Более того, кинетические свойства галактокиназы также различаются у разных видов . Cпецифичность сахаров галактокиназ из разных источников была значительно расширена за счет направленной эволюции и структурной белковой инженерии . Соответствующие широко пермиссивные сахароаномерные киназы служат краеугольным камнем для гликорандомизации in vitro и in vivo .

Механизм

Недавно стала понятной роль остатков активного сайта в галактокиназе человека. Asp -186 отрывает протон от C1-OH α-D-галактозы, и образующийся алкоксид - нуклеофил атакует γ- фосфор АТФ. Фосфатная группа переносится на сахар, и Asp-186 может быть депротонирован водой . Соседний Arg -37 стабилизирует Asp-186 в его анионной форме, а также было доказано, что он необходим для функции галактокиназы в экспериментах по точечной мутации . Остатки аспарагиновой кислоты и аргинина в активном центре высококонсервативны среди галактокиназ .

Биологическая функция

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 . В пути Лелуара необходимы три фермента: галактокиназа, галактозо-1-фосфат уридилилтрансфераза и УДФ-галактозо-4-эпимераза. Галактокиназа катализирует первую стадию катаболизма галактозы, образуя галактозо-1-фосфат .

Связанные заболевания

Галактоземия , редкое нарушение обмена веществ, характеризующееся снижением способности метаболизировать галактозу, может быть вызвана мутацией любого из трех ферментов пути Лелуара . Дефицит галактокиназы, также известный как галактоземия II типа, 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 клетках хрусталика человеческого глаза альдозоредуктаза превращает галактозу в галактитол. Поскольку галактоза не катаболизируется до глюкозы из-за мутации галактокиназы накапливается галактитол. Этот градиент галактита через мембрану клеток хрусталика запускает осмотическое поглощение воды, что приводит к набуханию и возможному апоптозу клеток хрусталика .

Список примечаний

Ссылки

• MeSH