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. GALE čvrsto vezuje nikotinamid adenin-dinukleotid (NAD+), kofaktor potreban za katalitsku aktivnost.
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.
HIstorijski značaj
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. Dr. Leloir je 1970. godine dobio Nobelovu nagradu za hemiju za otkriće šećernih nukleotida i njihove uloge u biosintezi ugljikohidrata.
Struktura
GALE pripada natporodici proteina kratkolančane dehidrogenaze/reduktaze (SDR). Ovu porodicu karakterizira konzervirani motiv Tyr-X-X-X-Lys, neophodan za enzimsku aktivnost; jedna ili više skela Rossmannovog nabora i mogućnost vezivanja NAD+.
Tercijarna struktura GALE struktura je riješena za brojne vrste, uključujući Escherichia coli; i ljude.; GALE postoji kao homodimer u raznim vrstama.
Dok veličina podjedinice varira od 68 aminokiselina (Enterococcus faecalis) to 564 amino acids (Rhodococcus jostii), glavnina klastera podjedinica GALE dsuga je po 330 aminokiselina. Svaka podjedinica sadrži dva različita domena. N-terminalni domen sadrži 7-lančanu paralelnu β-naboranu ploču okruženu α-zavojnicama. Upareni Rossmannov nabor unutar ovog domena omogućavaju GALE-u da čvrsto veže jedan NAD+ kofaktor po podjedinici. Šestolančani β-list i pet α-heliksa čine GALE-ov C-terminalni domen. C-terminalni ostaci vezuju UDP, tako da je podjedinica odgovorna za pravilno pozicioniranje UDP-glukoze ili UDP-galaktoze za katalizu.
Aktivno mjesto 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, dok je E. coli GALE sadrži Tyr 149-Gly-Lys-Ser-Lys 153. Veličina i oblik GALE-ovog aktivnog mjesta varira od vrste, omogućavajući promjenjivu specifičnost GALE supstrata. 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.
+ Poznati interakcije GALE ostataka E. coli sa UDP-glukozom i UDP-galaktozom.; 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
Konverzija UDP-galaktoze u UDP-glukozu 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.
Istovremeno, 4' hidrid se dodaje na si-licu NAD+, stvarajući NADH i intermedijer 4-ketopiranozu. 4-ketopiranozni intermedijer se rotira za 180° oko pirofosforilne veze između glikozilnog kisika i atoma β-fosfora, predstavljajući suprotnu stranu ketopiranoznog intermedijera od NADH. Prijenos hidrida sa NADH na ovo suprotno lice invertuje stereohemiju centra 4'. Konzervirani ostatak tirozina zatim donira svoj proton, regenerirajući hidroksilnu grupu 4'.
Konverzija UDP-GlcNAc u UDP-GalNAc 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.
Biološka funkcija thumb|right|300px| Koraci u Leloirovom putu metabolizma galaktoze: Posrednici i enzimi u Leloirovom putu metabolizma galaktoze.
Metabolizam galaktoze 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.
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. Galaktokinaza zatim fosforilira α-D-galaktozu na 1' hidroksilnoj grupi, dajući galaktoza-1-fosfat. 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. U završnom Leloir koraku, UDP-glukoza se regenerira iz UDP-galaktoze, pomoću GALE-a; UDP-glukoza se vraća nazad na treći korak puta. 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. Nadalje, glukoza-6-fosfat može se pretvoriti u inozitol-1-fosfat, pomoću inozitol-3-fosfat sintaza, stvarajući prekursor potreban za biosintezu inozitola.
Sinteza UDP-GalNAc 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. ppGaNTaza-posreduje u regulaciji sortiranja proteina pri glikozilaciji, ligand signaling, i otpornosti na proteolitski napad, a predstvavlja prvi od koraka u biosintezama sluzi.
Klinički značaj
Nedostatak ili disfunkcija GALE-a kod ljudi rezultira galaktozemijom, tip III koji može postojati u blagom (perifernom) ili težem (generaliziranom) obliku.
Reference
Dopunska literatura
Vanjski linkovi GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Epimerase Deficiency Galactosemia OMIM entries on Epimerase Deficiency Galactosemia
Kategorija:EC 5.1.3 Kategorija:Enzimi poznate strukture Kategorija:NADH-ovisni enzimi Kategorija:Geni na hromosomu 1 Kategorija:Ljudski proteini Kategorija:Proteomika