Галактокиназа

Галактокиназа 2 Идентификаторлар Таңба GALK2 NCBI гені 2585 HGNC 4119 OMIM 137028 RefSeq NM_002044 UniProt Q01415 Басқа деректер EC нөмірі 2.7.1.6 Локус Chr. 15  
Галактокиназа – АТФ бір молекуласы есебінен α-D-галактозаның галактоза 1-фосфатқа фосфорлануын жеңілдететін фермент (фосфотрансфераза). Галактокиназа α-D-галактозаның глюкоза 1-фосфатқа катаболизмі үшін көптеген организмдерде кездесетін метаболикалық жол Лелуар жолының екінші сатысын катализдейді. Ең алғаш сүтқоректілердің бауырынан бөлініп алынған галактокиназа ашытқыларда, археяларда, өсімдіктерде,  және адамдарда кеңінен зерттелді. 

 Құрылым 
Галактокиназа үлкен жарықшақпен бөлінген екі доменнен тұрады. Екі аймақ N- және C-терминал домендері ретінде белгілі және АТФ аденин сақинасы олардың интерфейсінде орналасқан гидрофобты қалтада байланысады. N-терминал домені бес аралас бета-парақпен және бес альфа-спиральмен белгіленген, ал C-терминал домені параллельге қарсы бета-парақтардың екі қабатымен және алты альфа-спиральмен сипатталады. Галактокиназа қант киназаларының отбасына жатпайды, керісінше GHMP суперотбасы деп аталатын АТФ-тәуелді ферменттер класына жатады. GHMP - бұл оның бастапқы мүшелеріне сілтеме жасайтын аббревиатура: галактокиназа, гомосеринкиназа, мевалонаткиназа және фосфомевалонаткиназа. GHMP супержанұясының мүшелері тек он-20% реттілік сәйкестігіне қарамастан үлкен үш өлшемді ұқсастыққа ие. Бұл ферменттердің құрамында үш жақсы сақталған мотивтер (I, II және III), екіншісі нуклеотидтерді байланыстыруға қатысады және Pro -XXX- Gly - Leu -X- Ser -Ser- Ala тізбегіне ие.

 Қанттың ерекшелігі 
Түрлі түрлердегі галактокиназалар субстрат ерекшеліктерінің үлкен әртүрлілігін көрсетеді. E. coli галактокиназасы сонымен қатар 2-дезокси-D-галактозаны, 2-амин-дезокси-D-галактозаны, 3-дезокси-D-галактозаны және D-фукозаны фосфорлайды. Фермент кез келген С-4 модификациясын көтере алмайды, бірақ D-галактозаның С-2 жағдайындағы өзгерістер ферменттің қызметіне кедергі жасамайды. Адамның да, егеуқұйрықтың да галактокиназалары 2-дезокси-D-галактозаны сәтті фосфорлайды.  S. cerevisiae галактокиназасы, керісінше, D-галактозаға жоғары спецификалық болып табылады және глюкозаны, маннозаны, арабинозаны, фукозаны, лактозаны, галактитолды немесе 2-дезокси-D-галактозаны фосфорлайды.  Сонымен қатар, галактокиназаның кинетикалық қасиеттері де түрлер бойынша ерекшеленеді.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. Әртүрлі көздерден алынған галактокиназалардың қант ерекшелігі бағытталған эволюция және құрылымға негізделген ақуыз инженериясы арқылы күрт кеңейтілді. Сәйкес кең рұқсат етілген қанттың аномерлік киназалары in vitro және in vivo гликорандомизациясы үшін ірге тасы ретінде қызмет етеді.

 Механизм 
Жақында адам галактокиназасындағы белсенді сайт қалдықтарының рөлі түсінілді. Asp -186 α-D-галактозаның C1-OH протонын бөліп алады, ал пайда болған алкоксид нуклеофилі АТФ γ- фосфорына шабуыл жасайды. Фосфат тобы қантқа ауысады, ал Asp-186 сумен протонациялануы мүмкін. Жақын маңдағы Arg -37 Asp-186-ны аниондық түрінде тұрақтандырады және нүктелік мутация эксперименттерінде галактокиназа функциясы үшін маңызды екені дәлелденді. Галактокиназалар арасында аспарагин қышқылы да, белсенді учаскенің қалдықтары да жоғары деңгейде сақталады.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.
link=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4c/Galactokinase_mechanism1.png/500px-Galactokinase_mechanism1.png|ешқандай|нобай|500x500 нүкте| Ықтимал галактокиназа механизмі. 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. Аспартат қалдығы жақын маңдағы аргинин қалдығы арқылы оның аниондық түрінде тұрақтанады.
link=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/07/Galactokinase_crystal_structure.png/220px-Galactokinase_crystal_structure.png|оңға|нобай| Lactococcus lactis галактокиназасының белсенді аймағының кристалдық құрылымы.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. Галактокиназа жасыл түспен, фосфат қызғылт сары түсте, ал қант лигандын байланыстыруға жауапты қалдықтар қызыл түспен көрсетілген: Arg-36, Glu-42, Asp-45, Asp-183 және Tyr-233. Lactococcus lactis галактокиназасының Arg-36 және Asp-183 адам галактокиназасындағы Arg-37 және Asp-186 аналогтары. (PDB ішінен: 1PIE)

 Биологиялық функция 
Лелуар жолы галактозаның глюкозаға айналуын катализдейді. Галактоза сүт өнімдерінде, сондай-ақ жемістер мен көкөністерде кездеседі және гликопротеиндер мен гликолипидтердің ыдырауында эндогендік жолмен түзілуі мүмкін. Лелуар жолында үш фермент қажет: галактокиназа, галактоза-1-фосфат уридилилтрансфераза және UDP-галактоза 4-эпимераза. Галактокиназа галактоза катаболизмінің бірінші орындалған сатысын катализдейді, галактоза 1-фосфат түзеді. 

 Аурудың өзектілігі 
Галактоземия, галактозаны метаболиздеу қабілетінің төмендеуімен сипатталатын сирек метаболикалық бұзылыс, Лелуар жолындағы үш ферменттің кез келгенінің мутациясынан туындауы мүмкін.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. Галактокиназа тапшылығы II типті галактоземия деп те аталады, адам галактокиназасының мутациясынан туындаған рецессивті метаболикалық бұзылыс. II типті галактоземияны тудыратын 20-ға жуық мутация анықталды, оның негізгі симптомы ерте басталатын катаракта болып табылады. Адам көзінің линза жасушаларында альдозаредуктаза галактозаны галактитолға айналдырады. Галактокиназаның мутациясына байланысты галактоза глюкозаға катаболизденбейтіндіктен, галактитол жинақталады. Линзаның жасуша мембранасы арқылы өтетін галактитол градиенті судың осмотикалық сіңірілуін тудырады және линза жасушаларының ісінуі және ақырында апоптозы басталады.

 Дереккөздер 

 Сыртқы сілтемелер 
 Galactokinase at the US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)

Санат:ЕС 2.7.1
Санат:Ферменттер