갈락토키나아제

Galactokinase
갈락토키나아제1
Galactokinase 1 1WUU.png
갈락토오스(빨간색) 및 ATP 유사체(주황색)와 복합체인 인간 갈락토키나아제1단량체의 만화 구조.마그네슘 이온은 녹색 구체로 보입니다.(PDB에서 : 1WUU)
식별자
기호.GALK1
Alt.갈크
NCBI유전자2584
HGNC4118
옴604313
참조NM_000154
유니프로트P51570
기타 데이터
EC 번호2.7.1.6
궤적17장 q23-q25
갈락토키나아제2
식별자
기호.GALK2
NCBI유전자2585
HGNC4119
옴137028
참조NM_002044
유니프로트문제 01415
기타 데이터
EC 번호2.7.1.6
궤적제15장 [1]

갈락토키나아제는 ATP [1]1분자를 희생시키면서 α-D-갈락토스가 갈락토오스 1-인산으로의 인산화를 촉진하는 효소이다.갈락토키나아제는 α-D-갈락토스가 포도당 [2]1-인산으로 이화되기 위해 대부분의 생물에서 발견되는 대사 경로인 렐루아르 경로의 두 번째 단계를 촉매한다.포유류의 간에서 처음 분리된 갈락토키나아제는 효모,[3][4] 고세균,[5][6][7] 식물, 그리고 [8][9]인간에서 광범위하게 연구되어 왔다.

구조.

갈락토키나아제는 큰 균열에 의해 분리된 두 개의 도메인으로 구성되어 있다.두 영역은 N-말단 도메인과 C-말단 도메인으로 알려져 있으며, ATP의 아데닌 고리는 그들의 계면에 위치한 소수성 포켓에 결합한다.N-말단 도메인은 5개의 혼합 베타 시트와 5개의 알파-헬리쉬로 표시되며, C-말단 도메인은 2개의 반병렬 베타 시트와 6개의 [8]알파-헬리쉬로 특징지어진다.갈락토키나제는 당인산화효소군에 속하지 않고, GHMP 슈퍼패밀리로 알려진 ATP 의존성 효소군에 [10]속합니다.GHMP는 갈락토키나아제, 호모세린인산화효소, 메발론산인산화효소, 포스포메발론산인산화효소를 가리키는 약어이다.GHMP 슈퍼패밀리의 구성원은 10~20%의 시퀀스 동일성에도 불구하고 3차원 유사성이 크다.이들 효소는 잘 보존된 세 가지 모티브(I, II, III)를 포함하고 있으며, 두 번째 모티브는 뉴클레오티드 결합에 관여하며 Pro-X-Leu-X-Ser-Ser-Ala의 [11]서열을 가지고 있다.

당분특이성

다른 종에 걸친 갈락토키나아제들은 매우 다양한 기질 특이성을 나타낸다.대장균 갈락토키나아제는 2-디옥시-D-갈락토스, 2-아미노-디옥시-D-갈락토스, 3-디옥시-D-갈락토스 및 D-푸코스를 인산화시킬 수도 있다.효소는 어떠한 C-4 변형도 견딜 수 없지만, D-갈락토스의 C-2 위치에서의 변화는 효소 [12]기능을 방해하지 않는다.사람과 랫드 갈락토키나아제 모두 2-디옥시-D-갈락토스를 [13][14]성공적으로 인산화시킬 수 있다.반면, S. cerevisiae의 갈락토키나아제는 D-갈락토스에 매우 특이적이며 포도당, 만노스, 아라비노스, 푸코스,[3][4] 유당, 갈락티톨 또는 2-디옥시-D-갈락토스를 인산화할 수 없다.또한 갈락토키나아제의 운동학적 특성도 [8]종에 따라 다르다.다른[15] 소스로부터의 갈락토키나아제들의 당 특이성은 유도 진화와 구조 기반 단백질 [16][17]공학을 통해 극적으로 확장되었다.광범위하게 허용되는 해당 당 아노머 키나아제들은 시험관내 및 생체내 [18][19][20]당화합물의 주춧돌 역할을 한다.

메커니즘

최근에는 인간 갈락토키나아제에서 활성 부위 잔류물의 역할이 파악되고 있다.Asp-186은 α-D-갈락토스의 C1-OH에서 양성자를 추출하고, 그 결과 알콕시드 친핵체가 ATP의 γ-인산을 공격한다.인산기가 당에 전달되어 Asp-186이 물에 의해 탈양성자되어도 된다.인근 Arg-37은 Asp-186을 음이온 형태로 안정화시키고 포인트 돌연변이 실험에서 [9]갈락토키나아제 기능에 필수적인 것으로 입증되었다.갈락토키나아제 [8]중 아스파라긴산과 아르기닌 활성부위 잔기는 모두 보존성이 높다.

갈락토키나아제 [9]메커니즘일 가능성이 있다.아스파르트산 잔기는 인근의 아르기닌 잔기에 의해 음이온 형태로 안정화된다.
락토코커스 [11]락티스로부터의 갈락토키나아제 활성부위의 결정구조.갈락토키나아제는 녹색, 인산염은 오렌지색, 당배위자 결합을 담당하는 잔류물은 자홍색, Arg-36, Glu-42, Asp-45, Asp-183 및 Tyr-233이다.락토코커스 락티스 갈락토키나아제의 Arg-36 및 Asp-183은 인간 갈락토키나아제 중 Arg-37 및 Asp-186과 유사하다.(PDB: 1PIE)

생물학적 기능

Leloir 경로는 갈락토스의 포도당 전환을 촉매한다.갈락토스는 과일과 야채뿐만 아니라 유제품에서 발견되며 당단백질과 당지질의 분해에서 내생적으로 생성될 수 있다.렐루아르 경로에는 갈락토키나아제, 갈락토스-1-인산우리딜전달효소, UDP-갈락토스 4-에피머라아제 등 세 가지 효소가 필요하다.갈락토키나제는 갈락토오스 이화작용의 첫 번째 기탁 단계를 촉매하여 갈락토오스 1-인산을 [2][21]형성한다.

질병 관련성

갈락토오스 대사 능력 저하로 특징지어지는 희귀한 대사 장애인 갈락토오스혈증은 렐루아르 [2]경로의 세 가지 효소 중 어느 하나의 돌연변이에 의해 발생할 수 있다.갈락토키나아제 결핍증은 갈락토키나아제 타입 II로도 알려져 있으며, 인간 갈락토키나아제의 돌연변이에 의해 야기되는 열성 대사 장애이다.갈락토오스미아 타입 II를 일으키는 약 20개의 돌연변이가 확인되었으며, 그 주된 증상은 조기 발병 백내장이다.사람의 눈의 수정체 세포에서 알도스 환원효소는 갈락토스를 갈락티톨로 변환한다.갈락토키나아제 돌연변이에 의해 갈락토스가 포도당으로 대사되지 않아 갈락티톨이 축적된다.렌즈 세포막을 가로지르는 이 갈락티톨 구배는 물의 삼투압 흡수를 유발하고, 렌즈 세포의 붓기와 궁극적인 아포토시스가 [22]뒤따른다.

레퍼런스

  1. ^ "galactokinase". Medical Dictionary. Retrieved 2013-01-26.
  2. ^ a b c Frey PA (March 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 (May 1979). "Purification of galactokinase mRNA from Saccharomyces cerevisiae by indirect immunoprecipitation". The Journal of Biological Chemistry. 254 (9): 3531–6. doi:10.1016/S0021-9258(18)50793-6. PMID 107173.
  4. ^ a b Sellick CA, Reece RJ (June 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 (March 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 (October 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 (October 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 (June 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 (December 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 (June 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 (November 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 (June 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 (November 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 (June 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 (October 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 (November 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 (January 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 (October 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 (November 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.

외부 링크