Galaktokinaza je enzim (fosfotransferaza) koji olakšava fosforilaciju α-D-galaktoze do galaktoza 1-fosfata, uz gubitak jedne molekule ATP-a. Galaktokinaza katalizira drugi korak Leloirovog puta, metaboličkog puta koji se nalazi u većini organizama, za katabolizam β-D-galaktoze u glukoza 1-fosfat. Prvo izolovana iz sisarske jetre, galaktokinaza je opsežno proučavana u kvascima, archaeama, biljkama, i ljudima.

Struktura

Galaktokinaza se sastoji od dva domena odvojena velikim rascjepom. Dvije regije su poznate kao N- i C-terminalni domeni, a adeninski prsten ATP-a veže se u hidrofobni džep na njihovoj površini. N-terminalni domen obilježava pet lanaca miješanih beta-listova i pet alfa-heliksa, a C-terminalni domen karakteriziraju dva sloja anti-paralelnih beta-listova i šest alfa-heliksa. Galaktokinaza ne pripada porodici šećernih kinaza, već klasi ATP-zavisnih enzima poznatih kao superporodica GHMP. GHMP je skraćenica koja se odnosi na svoje izvorne članove: galaktokinaza, homoserin-kinaza, mevalonat-kinaza i fosfomevalonat-kinaza. Članovi superporodice GHMP imaju veliku trodimenzijskuu sličnost, uprkos samo deset do 20% identiteta sekvence. Ovi enzimi sadrže tri dobro konzervirana motiva (I, II i III), od kojih je drugi uključen u vezanje nukleotida i ima sekvencu Pro – XXX – Gly – Leu – X – Ser – Ser – Ala.

Specifičnost šećera Galaktokinaze u različitim vrstama pokazuju veliku raznolikost specifičnosti supstrata. Galaktokinaza E. coli može također fosforilirati 2-dezoksi-D-galaktozu, 2-amino-dezoksi-D-galaktozu, 3-dezoksi-D-galaktozu i D-fukozu. Enzim ne može tolerirati nikakve modifikacije C-4, ali promjene na položaju C-2 D-galaktoze ne ometaju funkciju enzima. I ljudske i pacovske galaktokinaze također uspešno fosforiliraju 2-deoksi-D-galaktozu. Galaktokinaza iz S. cerevisiae , s druge strane, visoko je specifičan za D-galaktozu i ne može fosforilirati glukozu, manozu, arabinozu, fukozu, laktozu, galaktotol, ili 2-dezoksi-D-galaktozu. Štaviše, kinetička svojstva galaktokinaze razlikuju se i među vrstama. Specifičnost šećera galaktokinaza iz različitih izvora dramatično je proširena tokom usmjerene evolucije i zasnovane na strukturi proteinskog inženjerstva. Odgovarajuće široko permisivne anomerne šećerne kinaze služe kao temelj za in vitro i in vivo glikorandomizaciju.

Mehanizam

Nedavno su uloge aktivnih mjesta ostataka u ljudskoj galaktokinazi postale razumljive. Asp-186 apstrahira proton iz C1-OH α-D-galaktoze, a rezultirajući alkoksidni nukleofil napada γ - fosfor u ATP-u. Fosfatna grupa se prenosi na šećer, a Asp-186 voda može deprotonirati. U blizini Arg-37 stabilizuje Asp-186 u njegovom anionskom obliku, a također je dokazano da je ključan za funkciju galaktokinaze u eksperimentima tačkastih mutacija. I ostaci aktivne lokacije aspartatske kiseline i arginina visoko su konzervirani među galaktokinazama.

thumb|right| Kristalna struktura aktivnog mjesta galaktokinaze iz Lactococcus lactis Galaktokinaza je prikazana zelenom bojom, fosfat narandastom, a ostaci odgovorni za vezivanje šećernog liganda prikazani su u magenta: Arg-36 , Glu-42, Asp-45, Asp-183 i Tyr-233. Arg-36 i Asp-183 galaktokinaze Lactococcus lactis analogni su Arg-37 i Asp-186 u ljudskoj galaktokinazi. (Iz )

Biološka funkcija

Leloirov put katalizira konverziju galaktoze u glukozu. Galaktoza se nalazi u mlečnim proizvodima, kao i u voću i povrću, a može se proizvesti endogeno pri razgradnji glikoproteina i glikolipida. U Leloirovom putu potrebna su tri enzima: galaktokinaza, galaktoza-1-fosfat uridililtransferaza i UDP-galaktoza 4-epimeraza. Galaktokinaza katalizira prvi počinjeni korak katabolizma galaktoze, formirajući galaktoza 1-fosfat.

Klinički značaj

Galaktozemija, rijedak metabolički poremećaj koji karakterizira smanjena sposobnost metabolizma galaktoze, može biti uzrokovan mutacijom bilo kojeg od tri enzima u Leloirovom putu. Nedostatak galaktokinaze, poznat i kao galaktozemija tip II, je recesivni metabolički poremećaj uzrokovan mutacijom u ljudskoj galaktokinazi. Otkriveno je oko 20 mutacija koje uzrokuju galaktozemiju tipa II, čiji je glavni simptom rani početak katarakta. U sočivnim ćelijama čovekovog oka, aldoza-reduktaza pretvara galaktozu u galaktitol. Kako se galaktoza ne katabolizira u glukozu, zbog galaktokinazne mutacije, akumulira se galaktitol. Ovaj gradijent galaktitola preko ćelijske membrane sočiva pokreće osmotsko usvajanje vode i dolazi do otoka i eventualne apoptoze ćelija sočiva.

Reference

Vanjski linkovi

Kategorija:EC 2.7.1 Kategorija:Geni na hromosomu 17 Kategorija:Ljudski proteini Kategorija:Proteomika