**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. 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.

 Ықтимал галактокиназа механизмі.  Аспартат қалдығы жақын маңдағы аргинин қалдығы арқылы оның аниондық түрінде тұрақтанады.
 *Lactococcus lactis галактокиназасының белсенді аймағының кристалдық құрылымы.* 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. 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
-----------

1. ↑  galactokinase. *Medical Dictionary*. Тексерілді, 26 қаңтар 2013.
2. 1 2 3  "Galactokinase: structure, function and role in type II galactosemia". *Cellular and Molecular Life Sciences* **61** (19–20): 2471–84. October 2004. doi:10.1007/s00018-004-4160-6. PMID 15526155. 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.
3. ↑  "Molecular and biochemical characterization of human galactokinase and its small molecule inhibitors". *Chemico-Biological Interactions* **188** (3): 376–85. December 2010. doi:10.1016/j.cbi.2010.07.025. PMID 20696150.
4. 1 2  "Molecular structure of galactokinase". *The Journal of Biological Chemistry* **278** (35): 33305–11. August 2003. doi:10.1074/jbc.M304789200. PMID 12796487.
5. ↑  "Studies on the substrate specificity of Escherichia coli galactokinase". *Organic Letters* **5** (13): 2223–6. June 2003. doi:10.1021/ol034642d. PMID 12816414.
6. ↑  "Sugar recognition by human galactokinase". *BMC Biochemistry* **4**: 16. November 2003. doi:10.1186/1471-2091-4-16. PMID 14596685.
7. ↑  "Some properties of galactokinase in developing rat liver". *The Biochemical Journal* **108** (2): 169–75. June 1968. doi:10.1042/bj1080169. PMID 5665881.
8. ↑  "Purification of galactokinase mRNA from Saccharomyces cerevisiae by indirect immunoprecipitation". *The Journal of Biological Chemistry* **254** (9): 3531–6. May 1979. doi:10.1016/S0021-9258(18)50793-6. PMID 107173. 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.
9. ↑  "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. June 2006. doi:10.1074/jbc.M602086200. PMID 16603548. 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.
10. ↑  "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. November 2003. doi:10.1073/pnas.2235011100. PMID 14612558.
11. ↑  "Structure-based engineering of E. coli galactokinase as a first step toward in vivo glycorandomization". *Chemistry & Biology* **12** (6): 657–64. June 2005. doi:10.1016/j.chembiol.2005.04.009. PMID 15975511.
12. ↑  "The impact of enzyme engineering upon natural product glycodiversification". *Current Opinion in Chemical Biology* **12** (5): 556–64. October 2008. doi:10.1016/j.cbpa.2008.07.013. PMID 18678278.
13. ↑  "Neoglycorandomization and chemoenzymatic glycorandomization: two complementary tools for natural product diversification". *Journal of Natural Products* **68** (11): 1696–711. November 2005. doi:10.1021/np0502084. PMID 16309329.
14. ↑  "Recombinant E. coli prototype strains for in vivo glycorandomization". *ACS Chemical Biology* **6** (1): 95–100. January 2011. doi:10.1021/cb100267k. PMID 20886903.
15. ↑  "Enzymatic methods for glyco(diversification/randomization) of drugs and small molecules". *Natural Product Reports* **28** (11): 1811–53. October 2011. doi:10.1039/c1np00045d. PMID 21901218.
16. 1 2  "The role of the active site residues in human galactokinase: implications for the mechanisms of GHMP kinases". *Bioorganic Chemistry* **39** (3): 120–6. June 2011. doi:10.1016/j.bioorg.2011.03.001. PMID 21474160. 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.
17. 1 2  "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. March 1996. doi:10.1096/fasebj.10.4.8647345. PMID 8647345. 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.
18. ↑  "Structure and function of enzymes of the Leloir pathway for galactose metabolism". *The Journal of Biological Chemistry* **278** (45): 43885–8. November 2003. doi:10.1074/jbc.R300025200. PMID 12923184.
19. ↑  "Functional analysis of disease-causing mutations in human galactokinase". *European Journal of Biochemistry* **270** (8): 1767–74. April 2003. doi:10.1046/j.1432-1033.2003.03538.x. PMID 12694189.

Сыртқы сілтемелер
-----------------

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