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Galactoquinasa

La galactoquinasa es una enzima (fosfotransferasa) que facilita la fosforilación de α-D-galactosa a galactosa 1-fosfato a expensas de una molécula de ATP . [1] La galactoquinasa cataliza el segundo paso de la vía de Leloir , una vía metabólica que se encuentra en la mayoría de los organismos para el catabolismo de α-D-galactosa a glucosa 1-fosfato . [2] Aislada por primera vez del hígado de mamíferos , la galactoquinasa se ha estudiado ampliamente en levaduras , [3] [4] arqueas , [5] plantas , [6] [7] y humanos . [8] [9]

Estructura

La galactoquinasa se compone de dos dominios separados por una gran hendidura. Las dos regiones se conocen como dominios N- y C-terminales , y el anillo de adenina de ATP se une en un bolsillo hidrofóbico ubicado en su interfaz. El dominio N-terminal está marcado por cinco hebras de láminas beta mixtas y cinco hélices alfa , y el dominio C-terminal se caracteriza por dos capas de láminas beta antiparalelas y seis hélices alfa. [8] La galactoquinasa no pertenece a la familia de las quinasas de azúcar , sino a una clase de enzimas dependientes de ATP conocidas como la superfamilia GHMP . [10] GHMP es una abreviatura que hace referencia a sus miembros originales: galactoquinasa, homoserina quinasa , mevalonato quinasa y fosfomevalonato quinasa . Los miembros de la superfamilia GHMP tienen una gran similitud tridimensional a pesar de solo un diez a 20% de identidad de secuencia. Estas enzimas contienen tres motivos bien conservados (I, II y III), el segundo de los cuales está involucrado en la unión de nucleótidos y tiene la secuencia Pro -XXX- Gly - Leu -X- Ser -Ser- Ala . [11]

Especificidad del azúcar

Las galactoquinasas de diferentes especies muestran una gran diversidad de especificidades de sustrato . La galactoquinasa de E. coli también puede fosforilar 2-desoxi-D-galactosa, 2-amino-desoxi-D-galactosa, 3-desoxi-D-galactosa y D-fucosa . La enzima no puede tolerar ninguna modificación de C-4, pero los cambios en la posición C-2 de la D-galactosa no interfieren con la función enzimática. [12] Tanto las galactoquinasas humanas como las de rata también pueden fosforilar con éxito la 2-desoxi-D-galactosa. [13] [14] La galactoquinasa de S. cerevisiae , por otro lado, es altamente específica para la D-galactosa y no puede fosforilar glucosa , manosa , arabinosa , fucosa, lactosa , galactitol o 2-desoxi-D-galactosa. [3] [4] Además, las propiedades cinéticas de la galactoquinasa también difieren entre especies. [8] La especificidad del azúcar de las galactoquinasas de diferentes fuentes se ha ampliado drásticamente a través de la evolución dirigida [15] y la ingeniería de proteínas basada en la estructura . [16] [17] Las quinasas anoméricas de azúcar correspondientes, ampliamente permisivas, sirven como piedra angular para la glicoaleatorización in vitro e in vivo . [18] [19] [20]

Mecanismo

Recientemente, se han comprendido las funciones de los residuos del sitio activo en la galactoquinasa humana. El Asp -186 abstrae un protón del C1-OH de la α-D-galactosa, y el nucleófilo alcóxido resultante ataca el fósforo γ del ATP. Se transfiere un grupo fosfato al azúcar, y el Asp-186 puede ser desprotonado por el agua . El Arg -37 cercano estabiliza el Asp-186 en su forma aniónica y también se ha demostrado que es esencial para la función de la galactoquinasa en experimentos de mutación puntual . [9] Tanto el ácido aspártico como los residuos del sitio activo de la arginina están altamente conservados entre las galactoquinasas. [8]

El probable mecanismo de la galactoquinasa. [9] El residuo de aspartato se estabiliza en su forma aniónica por un residuo de arginina cercano.
Estructura cristalina del sitio activo de la galactoquinasa de Lactococcus lactis. [11] La galactoquinasa se muestra en verde, el fosfato en naranja y los residuos responsables de la unión del ligando de azúcar se muestran en magenta: Arg-36, Glu-42, Asp-45, Asp-183 y Tyr-233. Arg-36 y Asp-183 de la galactoquinasa de Lactococcus lactis son análogos a Arg-37 y Asp-186 en la galactoquinasa humana. (De PDB : 1PIE ​)

Función biológica

La vía de Leloir cataliza la conversión de galactosa en glucosa. La galactosa se encuentra en productos lácteos , así como en frutas y verduras , y puede producirse endógenamente en la descomposición de glicoproteínas y glicolípidos . Se requieren tres enzimas en la vía de Leloir: galactoquinasa, galactosa-1-fosfato uridililtransferasa y UDP-galactosa 4-epimerasa. La galactoquinasa cataliza el primer paso comprometido del catabolismo de la galactosa, formando galactosa 1-fosfato. [2] [21]

Relevancia de la enfermedad

La galactosemia , un trastorno metabólico poco común caracterizado por una disminución de la capacidad para metabolizar la galactosa, puede ser causada por una mutación en cualquiera de las tres enzimas de la vía de Leloir. [2] La deficiencia de galactoquinasa , también conocida como galactosemia tipo II, es un trastorno metabólico recesivo causado por una mutación en la galactoquinasa humana. Se han identificado alrededor de 20 mutaciones que causan galactosemia tipo II, cuyo síntoma principal son las cataratas de aparición temprana . En las células del cristalino del ojo humano , la aldosa reductasa convierte la galactosa en galactitol . Como la galactosa no se cataboliza en glucosa debido a una mutación de la galactoquinasa, el galactitol se acumula. Este gradiente de galactitol a través de la membrana celular del cristalino desencadena la captación osmótica de agua y se produce la hinchazón y la eventual apoptosis de las células del cristalino. [22]

Referencias

  1. ^ "galactoquinasa". Diccionario médico . Consultado el 26 de enero de 2013 .
  2. ^ abc Frey PA (marzo de 1996). "La vía Leloir: un imperativo mecanicista para que tres enzimas cambien la configuración estereoquímica de un solo carbono en la galactosa". FASEB Journal . 10 (4): 461–70. doi : 10.1096/fasebj.10.4.8647345 . PMID  8647345. S2CID  13857006.
  3. ^ ab Schell MA, Wilson DB (mayo de 1979). "Purificación del ARNm de la galactoquinasa de Saccharomyces cerevisiae mediante inmunoprecipitación indirecta". The Journal of Biological Chemistry . 254 (9): 3531–6. doi : 10.1016/S0021-9258(18)50793-6 . PMID  107173.
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Enlaces externos

  1. ^ Beebe, Jane A.; Frey, Perry A. (1998-10-01). "Galactosa mutarotasa: purificación, caracterización e investigaciones de dos importantes residuos de histidina". Bioquímica . 37 (42): 14989–14997. doi :10.1021/bi9816047. ISSN  0006-2960.