Galaktokinase

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Galaktokinase 1
Struktur monomer galaktokinase 1 manusia sebagai kompleks dengan galaktosa (merah) dan analog ATP (jingga). Satu ion magnesium kelihatan sebagai sfera hijau. (Daripada PDB: 1WUU​)
Pengenal pasti
SimbolGALK1
Simbol alternatifGALK
Gen NCBI2584
HGNC4118
OMIM604313
RefSeqNM_000154
UniProtP51570
Other data
Nombor EC2.7.1.6
LokusKromosom 17 q23-q25
Galaktokinase 2
Pengenal pasti
SimbolGALK2
Gen NCBI2585
HGNC4119
OMIM137028
RefSeqNM_002044
UniProtQ01415
Other data
Nombor EC2.7.1.6
LokusKromosom 15 [1]

Galaktokinase ialah enzim (phosphotransferase) yang memudahkan pemfosforilan α-D-galaktosa kepada galaktosa 1-fosfat dengan mengorbankan satu molekul ATP.[1] Galaktokinase memangkinkan langkah kedua laluan Leloir, laluan metabolisme yang terdapat dalam kebanyakan organisma bagi katabolisme α-D-galaktosa kepada glukosa 1-fosfat.[2] Setelah mula-mula diasingkan daripada hati mamalia, galaktokinase telah dikaji secara meluas dalam yis,[3][4] arkea,[5] tumbuhan[6][7] dan manusia .[8][9]

Struktur[sunting | sunting sumber]

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.[8] Galaktokinase tidak tergolong dalam keluarga kinase gula, sebaliknya kepada kelas enzim yang bergantungan ATP yang dikenali sebagai superkeluarga GHMP .[10] 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.[11]

Kekhususan gula[sunting | sunting sumber]

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.[12] Galaktokinase manusia dan tikus juga mampu memfosforilasi 2-deoksi-D-galaktosa dengan baik.[13][14] 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.[3][4] Selain itu, sifat kinetik galaktokinase juga berbeza mengikut spesies.[8] Kekhususan gula galaktokinase daripada sumber yang berbeza telah diperkembangkan secara dramatik melalui evolusi terarah[15] dan kejuruteraan protein berasaskan struktur.[16][17] Kinase anomer gula permisif luas yang sepadan berfungsi sebagai asas glikoperawakan in vitro dan in vivo .[18][19][20]

Mekanisme[sunting | sunting sumber]

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.[9] Kedua-dua asid aspartik dan sisa tapak aktif arginina sangat terpelihara dalam kalangan galaktokinase.[8]

Mekanisme galaktokinase yang mungkin.[9] Sisa aspartat distabilkan dalam bentuk anionnya oleh sisa arginina yang berdekatan.
Struktur kristal tapak aktif galaktokinase daripada Lactococcus lactis.[11] 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 PDB: 1PIE​)

Fungsi biologi[sunting | sunting sumber]

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.[2][21]

Kaitan penyakit[sunting | sunting sumber]

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.[2] 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.[22]

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  1. ^ "galactokinase". Medical Dictionary. Dicapai pada 2013-01-26.
  2. ^ a b c "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.
  3. ^ a b "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.
  4. ^ a b "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.
  5. ^ "Substrate specificity and mechanism from the structure of Pyrococcus furiosus galactokinase". Journal of Molecular Biology. 337 (2): 387–98. March 2004. doi:10.1016/j.jmb.2004.01.043. PMID 15003454.
  6. ^ "[Purification and mechanism of action of a plant galactokinase]". Biochimie. 58 (5): 499–504. 1976. doi:10.1016/s0300-9084(76)80218-0. PMID 182286.
  7. ^ "Galactokinase of Vicia faba seeds". European Journal of Biochemistry. 136 (1): 155–9. October 1983. doi:10.1111/j.1432-1033.1983.tb07720.x. PMID 6617655.
  8. ^ a b c d "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.
  9. ^ a b c "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.
  10. ^ "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. PMC 2980576. PMID 20696150.
  11. ^ a b "Molecular structure of galactokinase". The Journal of Biological Chemistry. 278 (35): 33305–11. August 2003. doi:10.1074/jbc.M304789200. PMID 12796487.
  12. ^ "Studies on the substrate specificity of Escherichia coli galactokinase". Organic Letters. 5 (13): 2223–6. June 2003. doi:10.1021/ol034642d. PMID 12816414.
  13. ^ "Sugar recognition by human galactokinase". BMC Biochemistry. 4: 16. November 2003. doi:10.1186/1471-2091-4-16. PMC 280648. PMID 14596685.
  14. ^ "Some properties of galactokinase in developing rat liver". The Biochemical Journal. 108 (2): 169–75. June 1968. doi:10.1042/bj1080169. PMC 1198790. PMID 5665881.
  15. ^ "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. PMC 263743. PMID 14612558.
  16. ^ "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.
  17. ^ "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. PMC 4552347. PMID 18678278.
  18. ^ "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.
  19. ^ "Recombinant E. coli prototype strains for in vivo glycorandomization". ACS Chemical Biology. 6 (1): 95–100. January 2011. doi:10.1021/cb100267k. PMC 3025069. PMID 20886903.
  20. ^ "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.
  21. ^ "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.
  22. ^ "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.

Pautan luar[sunting | sunting sumber]

Diambil daripada "https://ms.wikipedia.org/w/index.php?title=Galaktokinase&oldid=6125978"