Wikipedia

GALE

UDP-glukoza 4-epimeraza enzim (EC 5.1.3.2), koji je kod ljudi kodiran genom GALE sa hromosoma 1. Znana je i kao UDP-galaktoza 4-epimeraza ili GALE, homodimerna epimeraza koja se nalazi u ćelijama bakterija, gljiva, biljaka i sisara. Ovaj enzim izvodi završni korak u Leloir putu metabolizma galaktoze, katalizujući reverzibilnu konverziju UDP-galaktoza u UDP-glukozu.[1] GALE čvrsto vezuje nikotinamid adenin-dinukleotid (NAD+), kofaktor potreban za katalitsku aktivnost.[2]

GALE
Identifikatori
Aliasi
Vanjski ID-jeviGeneCards: [1]
Ortolozi
VrsteČovjekMiš
Entrez

n/a

n/a

Ensembl

n/a

n/a

UniProt

n
a

n/a

RefSeq (mRNK)

n/a

n/a

RefSeq (bjelančevina)

n/a

n/a

Lokacija (UCSC)n/an/a
PubMed pretragan/an/a
Wikipodaci
Pogledaj/uredi – čovjek
UDP-glukoza 4-epimeraza
Identifikatori
SimbolGALE
CAS broj9032-89-7
UDP-galaktoza-4-epimeraza
Ljudska GALE vezana za NAD+ i UDP-GlcNAc, sa N- i označenim C-terminalnim domenima. Asn 207 savija se za smještaj UDP-GlcNAc unutar aktivnog mjesta.
Identifikatori
SimbolGALE
NCBI gen2582
HGNC4116
OMIM606953
RefSeqNM_000403
UniProtQ14376
Ostali podaci
EC broj5.1.3.2
LokusHrom. 1 p36-p35
Pretraga za
StruktureSwiss-model
DomeneInterPro
NAD-ovisna epimeraza/dehidrataza
Identifikatori
SimbolGALE
PfamPF01370
InterProIPR001509
Membranom330
Dostupne proteinske strukture:
Pfam  strukture / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumsažetak strukture

Osim toga, ljudske i neke bakterijske izoforme GALE-a reverzibilno kataliziraju stvaranje UDP-N-acetilgalaktozamina (UDP-GalNAc) iz UDP-N-acetilglukozamina (UDP-GlcNAc) u prisustvu NAD+, početni korak u sintezi glikoproteina ili glikolipida.[3]

HIstorijski značaj

uredi

Dr. Luis Leloir objasnio je ulogu GALE-a u metabolizmu galaktoze tokom svog mandata u Instituto de Investigaciones Bioquímicas del Fundación Campomar, u početku nazivajući ga enzimom valdenaza.[4] Dr. Leloir je 1970. godine dobio Nobelovu nagradu za hemiju za otkriće šećernih nukleotida i njihove uloge u biosintezi ugljikohidrata.[5]

Struktura

uredi

GALE pripada natporodici proteina kratkolančane dehidrogenaze/reduktaze (SDR).[6] Ovu porodicu karakterizira konzervirani motiv Tyr-X-X-X-Lys, neophodan za enzimsku aktivnost; jedna ili više skela Rossmannovog nabora i mogućnost vezivanja NAD+.[6]

Tercijarna struktura

uredi

GALE struktura je riješena za brojne vrste, uključujući Escherichia coli[7] i ljude.[8] GALE postoji kao homodimer u raznim vrstama.[8]

Dok veličina podjedinice varira od 68 aminokiselina (Enterococcus faecalis) to 564 amino acids (Rhodococcus jostii), glavnina klastera podjedinica GALE dsuga je po 330 aminokiselina.[6] Svaka podjedinica sadrži dva različita domena. N-terminalni domen sadrži 7-lančanu paralelnu β-naboranu ploču okruženu α-zavojnicama.[1] Upareni Rossmannov nabor unutar ovog domena omogućavaju GALE-u da čvrsto veže jedan NAD+ kofaktor po podjedinici.[2] Šestolančani β-list i pet α-heliksa čine GALE-ov C-terminalni domen.[1] C-terminalni ostaci vezuju UDP, tako da je podjedinica odgovorna za pravilno pozicioniranje UDP-glukoze ili UDP-galaktoze za katalizu.[1]

Aktivno mjesto

uredi

Rascjep između GALE-ovih N- i C-terminalnih domena čini aktivno mjesto enzima. Konzervirani motiv Tyr-X-X-X Lys neophodan je za GALE katalitsku aktivnost; kod ljudi, ovaj motiv je predstavljen kao Tyr 157-Gly-Lys-Ser-Lys 161,[6] dok je E. coli GALE sadrži Tyr 149-Gly-Lys-Ser-Lys 153.[8] Veličina i oblik GALE-ovog aktivnog mjesta varira od vrste, omogućavajući promjenjivu specifičnost GALE supstrata.[3] Osim toga, konformacija aktivnog mjesta unutar GALE-a specifičnog za vrstu je savitljiva; naprimjer, glomazna UDP-GlcNAc 2' N-acetil grupa je smještena unutar ljudskog GALE aktivnog mjesta rotacijom bočnog lanca Asn 207 karboksamida.[3]

Poznati interakcije GALE ostataka E. coli sa UDP-glukozom i UDP-galaktozom.[9]
Ostatak Funkcija
Ala 216, Phe 218 Sidrenje uracilskog prsten za enzim.
Asp 295 Interakcija sa hidroksilnom grupom riboza 2'.
Asn 179, Arg 231, Arg 292 Interakcija sa fosfatnim grupama UDP.
Tyr 299, Asn 179 Interakcija sa 2' hidroksilnom grupom galaktoze ili 6' hidroksilnom grupom glukoze; pravilno pozicioniranje šećera unutar aktivnog mjesta.
Tyr 177, Phe 178 Interakcija sa 3' hidroksilnom grupom galaktoze ili 6' hidroksilnom grupom glukoze; pravilno pozicionirajte šećer unutar aktivnog mjesta.
Lys 153 Smanjenje pKa od Tyr 149, omogućavajući apstrakciju ili doniranje atoma vodika u ili iz šećerne 4' hidroksilne grupe.
Tyr 149 Apstrakcija ili doniranje atom vodika u ili iz šećerne 4' hidroksilne grupe, katalizujući formiranje intermedijera 4-ketopiranoze.

Mehanizam

uredi

Konverzija UDP-galaktoze u UDP-glukozu

uredi

GALE invertuje konfiguraciju 4' hidroksilne grupe UDP-galaktoze, u seriju od četiri koraka. Nakon vezivanja UDP-galaktoze, konzervirani ostatak tirozina u aktivnom mjestu apstrahuje proton iz 4' hidroksilne grupe.[7][10]

Istovremeno, 4' hidrid se dodaje na si-licu NAD+, stvarajući NADH i intermedijer 4-ketopiranozu.[1] 4-ketopiranozni intermedijer se rotira za 180° oko pirofosforilne veze između glikozilnog kisika i atoma β-fosfora, predstavljajući suprotnu stranu ketopiranoznog intermedijera od NADH.[10] Prijenos hidrida sa NADH na ovo suprotno lice invertuje stereohemiju centra 4'. Konzervirani ostatak tirozina zatim donira svoj proton, regenerirajući hidroksilnu grupu 4'.[1]

Konverzija UDP-GlcNAc u UDP-GalNAc

uredi

Ljudske i neke bakterijske izoforme GALE-a reverzibilno kataliziraju konverziju UDP-GlcNAc u UDP-GalNAc putem identičnog mehanizma, invertirajući stereokemijsku konfiguraciju na 4' hidroksilnoj grupi šećera.[3][11]

Biološka funkcija

uredi
 
Koraci u Leloirovom putu metabolizma galaktoze: Posrednici i enzimi u Leloirovom putu metabolizma galaktoze.[1]

Metabolizam galaktoze

uredi

Ne postoje direktni katabolički putevi za metabolizam galaktoze. Galaktoza se stoga prvenstveno pretvara u glukoza-1-fosfat, koji se može prebaciti u glikolizni ili inozitolni put sinteze.[12]

GALE funkcioniše kao jedan od četiri enzima u Leloirovom putu konverzije galaktoze u glukoza-1-fosfat. Prvo, galaktoza-mutarotaza pretvara β-D-galaktozu u α-D-galaktozu.[1] Galaktokinaza zatim fosforilira α-D-galaktozu na 1' hidroksilnoj grupi, dajući galaktoza-1-fosfat.[1] U trećem koraku, galaktoza-1-fosfat uridiltransferaza katalizira reverzibilni prijenos UMP dijela sa UDP-glukoze na galaktozu-1-fosfat, stvarajući UDP-galaktozu i glukoza-1-fosfat.[1] U završnom Leloir koraku, UDP-glukoza se regenerira iz UDP-galaktoze, pomoću GALE-a; UDP-glukoza se vraća nazad na treći korak puta.[1] Kao takav, GALE regenerira supstrat neophodan za nastavak ciklusa Leloirovog puta.

Glukoza-1-fosfat stvoren u koraku 3 Leloirovog puta može biti izomeriziran u glukoza-6-fosfat pomoću fosfoglukomutaza. Glukoza-6-fosfat lahko ulazi u glikolizu, što dovodi do proizvodnje ATP-a i piruvata.[13] Nadalje, glukoza-6-fosfat može se pretvoriti u inozitol-1-fosfat, pomoću inozitol-3-fosfat sintaza, stvarajući prekursor potreban za biosintezu inozitola.[14]

Sinteza UDP-GalNAc

uredi

Ljudske i odabrane bakterijske izoforme GALE vežu UDP-GlcNAc, reverzibilno katalizirajući njegovu konverziju u UDP-GalNAc. Porodica glikoziltransferaza poznatih kao UDP-N-acetilgalaktozamin:polipeptid N-acetilgalaktozamin transferaze (ppGaNTaze) prenosi GalNAc sa UDP-GalNAc na ostatke glikoproteinskih serina i treonina.[15] ppGaNTaza-posreduje u regulaciji sortiranja proteina pri glikozilaciji,[16][17][18][19][20] ligand signaling,[21][22][23] i otpornosti na proteolitski napad,[24][25] a predstvavlja prvi od koraka u biosintezama sluzi.[15]

Klinički značaj

uredi
Glavni članak: Nedostatak galaktoza-epimeraze

Nedostatak ili disfunkcija GALE-a kod ljudi rezultira galaktozemijom, tip III koji može postojati u blagom (perifernom) ili težem (generaliziranom) obliku.[12]

Reference

uredi
  1. ^ a b c d e f g h i j k Holden HM, Rayment I, Thoden JB (novembar 2003). "Structure and function of enzymes of the Leloir pathway for galactose metabolism". J. Biol. Chem. 278 (45): 43885–8. doi:10.1074/jbc.R300025200. PMID 12923184.
  2. ^ a b Liu Y, Vanhooke JL, Frey PA (juni 1996). "UDP-galactose 4-epimerase: NAD+ content and a charge-transfer band associated with the substrate-induced conformational transition". Biochemistry. 35 (23): 7615–20. doi:10.1021/bi960102v. PMID 8652544.
  3. ^ a b c d Thoden JB, Wohlers TM, Fridovich-Keil JL, Holden HM (maj 2001). "Human UDP-galactose 4-epimerase. Accommodation of UDP-N-acetylglucosamine within the active site". J. Biol. Chem. 276 (18): 15131–6. doi:10.1074/jbc.M100220200. PMID 11279032.
  4. ^ LELOIR LF (septembar 1951). "The enzymatic transformation of uridine diphosphate glucose into a galactose derivative". Arch Biochem. 33 (2): 186–90. doi:10.1016/0003-9861(51)90096-3. hdl:11336/140700. PMID 14885999.
  5. ^ "The Nobel Prize in Chemistry 1970" (Press release). The Royal Swedish Academy of Science. 1970. Pristupljeno 17. 5. 2010.
  6. ^ a b c d Kavanagh KL, Jörnvall H, Persson B, Oppermann U (decembar 2008). "Medium- and short-chain dehydrogenase/reductase gene and protein families : the SDR superfamily: functional and structural diversity within a family of metabolic and regulatory enzymes". Cell. Mol. Life Sci. 65 (24): 3895–906. doi:10.1007/s00018-008-8588-y. PMC 2792337. PMID 19011750.
  7. ^ a b PDB 1EK5; Thoden JB, Wohlers TM, Fridovich-Keil JL, Holden HM (maj 2000). "Crystallographic evidence for Tyr 157 functioning as the active site base in human UDP-galactose 4-epimerase". Biochemistry. 39 (19): 5691–701. doi:10.1021/bi000215l. PMID 10801319.
  8. ^ a b c PDB 1XEL; Thoden JB, Frey PA, Holden HM (april 1996). "Molecular structure of the NADH/UDP-glucose abortive complex of UDP-galactose 4-epimerase from Escherichia coli: implications for the catalytic mechanism". Biochemistry. 35 (16): 5137–44. doi:10.1021/bi9601114. PMID 8611497.
  9. ^ PDB 1A9Z; Thoden JB, Holden HM (august 1998). "Dramatic differences in the binding of UDP-galactose and UDP-glucose to UDP-galactose 4-epimerase from Escherichia coli". Biochemistry. 37 (33): 11469–77. doi:10.1021/bi9808969. PMID 9708982.
  10. ^ a b Liu Y, Thoden JB, Kim J, Berger E, Gulick AM, Ruzicka FJ, Holden HM, Frey PA (septembar 1997). "Mechanistic roles of tyrosine 149 and serine 124 in UDP-galactose 4-epimerase from Escherichia coli". Biochemistry. 36 (35): 10675–84. doi:10.1021/bi970430a. PMID 9271498.
  11. ^ Kingsley DM, Kozarsky KF, Hobbie L, Krieger M (mart 1986). "Reversible defects in O-linked glycosylation and LDL receptor expression in a UDP-Gal/UDP-GalNAc 4-epimerase deficient mutant". Cell. 44 (5): 749–59. doi:10.1016/0092-8674(86)90841-X. PMID 3948246. S2CID 28293937.
  12. ^ a b Lai K, Elsas LJ, Wierenga KJ (novembar 2009). "Galactose toxicity in animals". IUBMB Life. 61 (11): 1063–74. doi:10.1002/iub.262. PMC 2788023. PMID 19859980.
  13. ^ Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. (2008). Biochemistry (Looseleaf). San Francisco: W. H. Freeman. str. 443–58. ISBN 9780716718437.
  14. ^ Michell RH (februar 2008). "Inositol derivatives: evolution and functions". Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 9 (2): 151–61. doi:10.1038/nrm2334. PMID 18216771. S2CID 3245927.
  15. ^ a b Ten Hagen KG, Fritz TA, Tabak LA (januar 2003). "All in the family: the UDP-GalNAc:polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferases". Glycobiology. 13 (1): 1R–16R. doi:10.1093/glycob/cwg007. PMID 12634319.
  16. ^ Alfalah M, Jacob R, Preuss U, Zimmer KP, Naim H, Naim HY (juni 1999). "O-linked glycans mediate apical sorting of human intestinal sucrase-isomaltase through association with lipid rafts". Curr. Biol. 9 (11): 593–6. doi:10.1016/S0960-9822(99)80263-2. PMID 10359703. S2CID 16866875.
  17. ^ Altschuler Y, Kinlough CL, Poland PA, Bruns JB, Apodaca G, Weisz OA, Hughey RP (mart 2000). "Clathrin-mediated endocytosis of MUC1 is modulated by its glycosylation state". Mol. Biol. Cell. 11 (3): 819–31. doi:10.1091/mbc.11.3.819. PMC 14813. PMID 10712502.
  18. ^ Breuza L, Garcia M, Delgrossi MH, Le Bivic A (februar 2002). "Role of the membrane-proximal O-glycosylation site in sorting of the human receptor for neurotrophins to the apical membrane of MDCK cells". Exp. Cell Res. 273 (2): 178–86. doi:10.1006/excr.2001.5442. PMID 11822873.
  19. ^ Naim HY, Joberty G, Alfalah M, Jacob R (juni 1999). "Temporal association of the N- and O-linked glycosylation events and their implication in the polarized sorting of intestinal brush border sucrase-isomaltase, aminopeptidase N, and dipeptidyl peptidase IV". J. Biol. Chem. 274 (25): 17961–7. doi:10.1074/jbc.274.25.17961. PMID 10364244.
  20. ^ Zheng X, Sadler JE (mart 2002). "Mucin-like domain of enteropeptidase directs apical targeting in Madin-Darby canine kidney cells". J. Biol. Chem. 277 (9): 6858–63. doi:10.1074/jbc.M109857200. PMID 11878264.
  21. ^ Hooper LV, Gordon JI (februar 2001). "Glycans as legislators of host-microbial interactions: spanning the spectrum from symbiosis to pathogenicity". Glycobiology. 11 (2): 1R–10R. doi:10.1093/glycob/11.2.1R. PMID 11287395.
  22. ^ Yeh JC, Hiraoka N, Petryniak B, Nakayama J, Ellies LG, Rabuka D, Hindsgaul O, Marth JD, Lowe JB, Fukuda M (juni 2001). "Novel sulfated lymphocyte homing receptors and their control by a Core1 extension beta 1,3-N-acetylglucosaminyltransferase". Cell. 105 (7): 957–69. doi:10.1016/S0092-8674(01)00394-4. PMID 11439191. S2CID 18674112.
  23. ^ Somers WS, Tang J, Shaw GD, Camphausen RT (oktobar 2000). "Insights into the molecular basis of leukocyte tethering and rolling revealed by structures of P- and E-selectin bound to SLe(X) and PSGL-1". Cell. 103 (3): 467–79. doi:10.1016/S0092-8674(00)00138-0. PMID 11081633. S2CID 12719907.
  24. ^ Sauer J, Sigurskjold BW, Christensen U, Frandsen TP, Mirgorodskaya E, Harrison M, Roepstorff P, Svensson B (decembar 2000). "Glucoamylase: structure/function relationships, and protein engineering". Biochim. Biophys. Acta. 1543 (2): 275–293. doi:10.1016/s0167-4838(00)00232-6. PMID 11150611.
  25. ^ Garner B, Merry AH, Royle L, Harvey DJ, Rudd PM, Thillet J (juni 2001). "Structural elucidation of the N- and O-glycans of human apolipoprotein(a): role of o-glycans in conferring protease resistance". J. Biol. Chem. 276 (25): 22200–8. doi:10.1074/jbc.M102150200. PMID 11294842.

Dopunska literatura

uredi

Vanjski linkovi

uredi

Šablon:Enzimi metabolizma fruktote i galaktoze Šablon:Racemaze u epimeraze

 Portal Biologija
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=GALE&oldid=3536797"