Galaktokinase

Galaktokinase ialah enzim (phosphotransferase) yang memudahkan pemfosforilan α-D-galaktosa kepada galaktosa 1-fosfat dengan mengorbankan satu molekul ATP. Galaktokinase memangkinkan langkah kedua laluan Leloir, laluan metabolisme yang terdapat dalam kebanyakan organisma bagi katabolisme α-D-galaktosa kepada glukosa 1-fosfat. Setelah mula-mula diasingkan daripada hati mamalia, galaktokinase telah dikaji secara meluas dalam yis, arkea, tumbuhan dan manusia .

 Struktur 
Galaktokinase terdiri daripada dua domain yang dipisahkan oleh celahan besar. Kedua-dua kawasan itu dikenali sebagai domain terminal N dan C, dan cincin adenina ATP mengikat dalam poket hidrofobik yang terletak di antara muka mereka. Domain terminal N ditandakan dengan lima helai helaian beta campuran dan lima heliks alfa, dan domain terminal C dicirikan oleh dua lapisan helaian beta antiselari dan enam heliks alfa. Galaktokinase tidak tergolong dalam keluarga kinase gula, sebaliknya kepada kelas enzim yang bergantungan ATP yang dikenali sebagai superkeluarga GHMP . GHMP ialah singkatan yang merujuk kepada ahli asalnya: galaktokinase, homoserina kinase, mevalonat kinase dan fosfomevalonat kinase . Ahli superkeluarga GHMP mempunyai persamaan struktur tiga dimensi yang hebat walaupun hanya dengna sepuluh hingga 20% persamaan jujukan. Enzim ini mengandungi tiga motif yang dipelihara baik (I, II, dan III), dengan motif kedua terlibat dalam pengikatan nukleotida, dan mempunyai jujukan Pro-XXX-Gly-Leu-X-Ser-Ser-Ala.

 Kekhususan gula 
Galaktokinase merentasi spesies berbeza memaparkan kepelbagaian kekhususan substrat yang hebat. Galaktokinase E. coli juga boleh memfosforilasi 2-deoksi-D-galaktosa, 2-amino-deoksi-D-galaktosa, 3-deoksi-D-galaktosa dan D-fukosa. Enzim tidak boleh menerima sebarang pengubahsuaian C-4, tetapi perubahan di kedudukan C-2 D-galaktosa tidak mengganggu fungsi enzim. Galaktokinase manusia dan tikus juga mampu memfosforilasi 2-deoksi-D-galaktosa dengan baik. Galaktokinase daripada S. cerevisiae, sebaliknya, sangat khusus terhadap D-galaktosa, dan tidak boleh memfosforilasi glukosa, mannose, arabinosa, fukosa, laktosa, galaktitol atau 2-deoksi-D-galaktosa. Selain itu, sifat kinetik galaktokinase juga berbeza mengikut spesies. Kekhususan gula galaktokinase daripada sumber yang berbeza telah diperkembangkan secara dramatik melalui evolusi terarah dan kejuruteraan protein berasaskan struktur. Kinase anomer gula permisif luas yang sepadan berfungsi sebagai asas glikoperawakan in vitro dan in vivo .

 Mekanisme 
Baru-baru ini, peranan sisa tapak aktif dalam galaktokinase manusia telah difahami. Asp-186 mengabstrakkan proton daripada C1-OH α-D-galaktosa, dan nukleofil alkoksida yang terhasil menyerang γ-fosforus ATP. Kumpulan fosfat dipindahkan ke gula, dan Asp-186 mungkin ternyahproton oleh air. Arg-37 yang berdekatan menstabilkan Asp-186 dalam bentuk anionnya, dan juga telah terbukti penting untuk fungsi galaktokinase dalam eksperimen mutasi titik. Kedua-dua asid aspartik dan sisa tapak aktif arginina sangat terpelihara dalam kalangan galaktokinase.
tiada|thumb|500x500px| Mekanisme galaktokinase yang mungkin. Sisa aspartat distabilkan dalam bentuk anionnya oleh sisa arginina yang berdekatan.
kiri|thumb| Struktur kristal tapak aktif galaktokinase daripada Lactococcus lactis. Galaktokinase ditunjukkan dalam warna hijau, fosfat dalam oren, dan sisa yang bertanggungjawab untuk mengikat ligan gula ditunjukkan dalam warna magenta: Arg-36, Glu-42, Asp-45, Asp-183, dan Tyr-233. Arg-36 dan Asp-183 Lactococcus lactis galaktokinase adalah analog dengan Arg-37 dan Asp-186 dalam galaktokinase manusia. (Daripada )

 Fungsi biologi 
Laluan Leloir memangkinkan penukaran galaktosa kepada glukosa. Galaktosa ditemui dalam produk tenusu, serta dalam buah-buahan dan sayur-sayuran, dan boleh dihasilkan secara endogen dalam pemecahan glikoprotein dan glikolipid. Tiga enzim diperlukan bagi laluan Leloir: galaktokinase, galaktosa-1-fosfat uridililtransferase, dan UDP-galaktosa 4-epimerase. Galaktokinase memangkinkan langkah pertama katabolisme galaktosa, membentuk galaktosa 1-fosfat.

 Kaitan penyakit 
Galaktosemia, gangguan metabolisme jarang berlaku yang dicirikan oleh penurunan keupayaan untuk memetabolismekan galaktosa, boleh berlaku disebabkan oleh mutasi dalam mana-mana tiga enzim dalam laluan Leloir. Kekurangan galaktokinase, juga dikenali sebagai galaktosemia jenis II, adalah gangguan metabolisme resesif yang disebabkan oleh mutasi dalam galaktokinase manusia. Kira-kira 20 mutasi telah dikenal pasti yang menyebabkan galaktosemia jenis II, dengan gejala utamanya ialah katarak awal. Dalam sel kanta mata manusia, aldose reduktase menukarkan galaktosa kepada galaktitol. Oleh kerana galaktosa tidak dikatabolismekan kepada glukosa akibat mutasi galaktokinase, galaktitol terkumpul. Kecerunan galaktitol ini merentasi membran sel kanta dan mencetuskan pengambilan osmosis air, dan pembengkakan dan akhirnya apoptosis sel kanta berlaku.

 Rujukan 

 Pautan luar 



Kategori:EC 2.7.1