Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
"ГЕЙЛ" перенаправляется сюда. Для программы DARPA см. Глобальное использование автономных языков .
UDP-глюкозо-4-эпимераза
Человеческий GALE связан с NADH и UDP-gluosis.png
Гомодимер UDP-глюкозо-4-эпимеразы H. sapiens, связанный с NADH и UDP-глюкозой . Домены: N-концевой и C-концевой .
Идентификаторы
ЕС нет.5.1.3.2
№ CAS9032-89-7
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
UDP-галактоза-4-эпимераза
GALE человека связана с NAD + и UDP-GlcNAc.png
GALE человека, связанное с NAD + и UDP-GlcNAc , с выделенными N- и C-концевыми доменами. Asn 207 пытается разместить UDP-GlcNAc в активном сайте.
Идентификаторы
СимволГЕЙЛ
Ген NCBI2582
HGNC4116
OMIM606953
RefSeqNM_000403
UniProtQ14376
Прочие данные
Номер ЕС5.1.3.2
LocusChr. 1 п36-п35
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
НАД-зависимая эпимераза / дегидратаза
Идентификаторы
Символ?
PfamPF01370
ИнтерПроIPR001509
Мембранома330
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

Фермента УДФ-глюкозы 4-эпимераза ( ЕС 5.1.3.2 ), также известный как UDP-галактозы 4-эпимеразы или GALE , является гомодимер эпимераза найдены в бактериальных, грибковых, растений и клеток млекопитающих. Этот фермент выполняет заключительный шаг в Leloir пути из галактозы метаболизма, катализирующий обратимое превращение UDP-галактозы в UDP-глюкозы . [1] GALE прочно связывает никотинамидадениндинуклеотид (NAD +), кофактор, необходимый для каталитической активности. [2]

Кроме того, человеческие и некоторые бактериальные изоформы GALE обратимо катализируют образование UDP- N- ацетилгалактозамина (UDP-GalNAc) из UDP- N- ацетилглюкозамина ( UDP-GlcNAc ) в присутствии NAD +, начальной стадии синтеза гликопротеина или гликолипидов . [3]

Историческое значение [ править ]

Доктор Луис Лелуар вывел роль GALE в метаболизме галактозы во время своего пребывания в Институте биохимических исследований фонда Campomar, первоначально назвав фермент вальденазой. [4] Доктор Лелуар был удостоен Нобелевской премии по химии 1970 года за открытие сахарных нуклеотидов и их роли в биосинтезе углеводов. [5]

Структура [ править ]

GALE принадлежит к суперсемейству белков короткоцепочечной дегидрогеназы / редуктазы (SDR). [6] Это семейство характеризуется консервативным мотивом Tyr-XXX-Lys, необходимым для ферментативной активности; одна или несколько складчатых каркасов Россманна ; и возможность связывать NAD + . [6]

Третичная структура [ править ]

Структура GALE была определена для ряда видов, включая E. coli [7] и человека. [8] GALE существует в виде гомодимера у разных видов. [8]

В то время как размер субъединиц варьируется от 68 аминокислот (Enterococcus faecalis) до 564 аминокислот (Rhodococcus jostii) , большинство субъединиц GALE сгруппированы по длине около 330 аминокислот. [6] Каждая субъединица содержит два различных домена. N-концевой домен содержит 7-мицепочечный параллельный β-складчатый лист, фланкированный α-спиралями. [1] Парные складки Россмана в этом домене позволяют GALE прочно связывать один кофактор NAD + на субъединицу. [2] 6-нитевой β-лист и 5 α-спиралей составляют C-концевой домен GALE. [1] С-концевые остатки связывают UDP, так что субъединица отвечает за правильное расположение UDP-глюкозы или UDP-галактозы для катализа.[1]

Активный сайт [ править ]

Зазор между N- и C-концевыми доменами GALE составляет активный сайт фермента . Консервативный мотив Tyr-XXX Lys необходим для каталитической активности GALE; у человека этот мотив представлен Tyr 157-Gly-Lys-Ser-Lys 161, [6] в то время как E. coli GALE содержит Tyr 149-Gly-Lys-Ser-Lys 153. [8] Размер и форма GALE's Активный сайт варьируется у разных видов, что позволяет различать субстратную специфичность GALE. [3] Кроме того, конформация активного сайта внутри видоспецифичного GALE податлива; например, объемная N-ацетильная группа UDP-GlcNAc 2 'размещается в активном сайте GALE человека за счет вращения боковой цепи карбоксамида Asn 207. [3]

Известны взаимодействия остатков GALE E. coli с UDP-глюкозой и UDP-галактозой. [9]
ОстатокФункция
Ala 216, Phe 218Зафиксируйте урациловое кольцо на ферменте.
Асп 295Взаимодействует с гидроксильной группой рибозы 2 '.
Asn 179, Arg 231, Arg 292Взаимодействуют с фосфатными группами UDP.
Tyr 299, Asn 179Взаимодействовать с 2 'гидроксильной группой галактозы или 6' гидроксильной группой глюкозы; правильно разместить сахар в активном участке.
Tyr 177, Phe 178Взаимодействовать с 3 'гидроксильной группой галактозы или 6' гидроксильной группой глюкозы; правильно разместить сахар в активном участке.
Lys 153Снижает pKa Tyr 149, позволяет отщеплять или отдавать атом водорода в 4'-гидроксильную группу сахара или от нее.
149 тюрАбстрагирует или передает атом водорода 4'-гидроксильной группе сахара или от нее, катализируя образование промежуточного соединения 4-кетопиранозы.

Механизм [ править ]

Преобразование UDP-галактозы в UDP-глюкозу [ править ]

GALE инвертирует конфигурацию 4'-гидроксильной группы UDP-галактозы с помощью серии из 4 шагов. После связывания UDP-галактозы консервативный остаток тирозина в активном центре отрывает протон от 4'-гидроксильной группы. [7] [10]

Одновременно, то гидрид 4' добавляют к си -Лицо НАД +, НАДН генерации и 4-ketopyranose промежуточного продукта . [1] Промежуточное соединение 4-кетопиранозы поворачивается на 180 ° вокруг пирофосфорильной связи между гликозильным кислородом и атомом β-фосфора, представляя собой противоположную сторону промежуточного кетопиранозы по отношению к НАДН. [10] Перенос гидрида от NADH к этой противоположной стороне инвертирует стереохимию 4'-центра. Затем консервативный остаток тирозина отдает свой протон, регенерируя 4'-гидроксильную группу. [1]

Преобразование UDP-GlcNAc в UDP-GalNAc [ править ]

Человеческие и некоторые бактериальные изоформы GALE обратимо катализируют превращение UDP-GlcNAc в UDP-GalNAc посредством идентичного механизма, инвертируя стереохимическую конфигурацию 4'-гидроксильной группы сахара. [3] [11]

Биологическая функция [ править ]

Промежуточные продукты и ферменты в пути Лелуара метаболизма галактозы. [1]

Метаболизм галактозы [ править ]

Прямых катаболических путей метаболизма галактозы не существует. Поэтому галактоза предпочтительно превращается в глюкозо-1-фосфат , который может шунтироваться в гликолиз или в путь синтеза инозита . [12]

GALE действует как один из четырех ферментов в пути Лелуара превращения галактозы в глюкозо-1-фосфат. Во-первых, галактозамутаротаза превращает β-D-галактозу в α-D-галактозу. [1] Галактокиназа затем фосфорилирует α-D-галактозу по 1'-гидроксильной группе с образованием галактозо-1-фосфата . [1] На третьем этапе галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза катализирует обратимый перенос фрагмента UMP с UDP-глюкозы на галактозо-1-фосфат, образуя UDP-галактозу и глюкозо-1-фосфат. [1] На последнем этапе Leloir UDP-глюкоза регенерируется из UDP-галактозы посредством GALE; UDP-глюкоза возвращается к третьему этапу пути. [1] Таким образом, GALE регенерирует субстрат, необходимый для продолжения цикла Лелуара.

Глюкозо-1-фосфат генерируется на стадии 3 пути Leloir может быть изомеризуется в глюкозо-6-фосфат с помощью фосфоглюкомутазы . Глюкозо-6-фосфат легко вступает в процесс гликолиза, что приводит к образованию АТФ и пирувата. [13] Кроме того, глюкозо-6-фосфат может быть преобразован в инозитол-1-фосфат с помощью инозитол-3-фосфатсинтазы , образуя предшественник, необходимый для биосинтеза инозита . [14]

Синтез UDP-GalNAc [ править ]

Человеческие и отдельные бактериальные изоформы GALE связывают UDP-GlcNAc, обратимо катализируя его превращение в UDP-GalNAc. Семейство гликозилтрансфераз известных как UDP- N -acetylgalactosamine: полипептид N-ацетилгалактозамин трансфераза (ppGaNTases) передает GalNAc от UDP-GalNAc к гликопротеину остатков серина и треонина. [15] гликозилирование, опосредованное ppGaNTase, регулирует сортировку белков, [16] [17] [18] [19] [20] передачу сигналов лиганда, [21] [22] [23] устойчивость к протеолитической атаке, [24] [25] и представляет собой первый совершенный шаг в биосинтезе муцина. [15]

Роль в болезни [ править ]

Основная статья: Дефицит галактозоэпимеразы

Дефицит или дисфункция GALE у человека приводит к галактоземии III типа , которая может протекать в легкой (периферической) или более тяжелой (генерализованной) форме. [12]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h i j k Холден Х. М., Реймент I, Тоден Дж. Б. (ноябрь 2003 г.). «Структура и функция ферментов пути Лелуара метаболизма галактозы» . J. Biol. Chem . 278 (45): 43885–8. DOI : 10.1074 / jbc.R300025200 . PMID  12923184 .
  2. ^ a b Лю И, Ванхук Дж. Л., Фрей ПА (июнь 1996 г.). «UDP-галактозо-4-эпимераза: содержание NAD + и полоса переноса заряда, связанная с индуцированным субстратом конформационным переходом». Биохимия . 35 (23): 7615–20. DOI : 10.1021 / bi960102v . PMID 8652544 . 
  3. ^ a b c d Thoden JB, Wohlers TM, Fridovich-Keil JL, Holden HM (май 2001 г.). «Человеческая UDP-галактоза 4-эпимераза. Размещение UDP-N-ацетилглюкозамина в активном центре» . J. Biol. Chem . 276 (18): 15131–6. DOI : 10.1074 / jbc.M100220200 . PMID 11279032 . 
  4. ^ Leloir LF (сентябрь 1951). «Ферментативное превращение уридиндифосфата глюкозы в производное галактозы». Arch Biochem . 33 (2): 186–90. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (51) 90096-3 . PMID 14885999 . 
  5. ^ "Нобелевская премия по химии 1970" (пресс-релиз). Шведская королевская академия наук. 1970 . Проверено 17 мая 2010 .
  6. ^ a b c d Кавана К.Л., Йорнвалл Х., Перссон Б., Опперманн У. (декабрь 2008 г.). «Средне- и короткоцепочечные гены и белковые семейства дегидрогеназы / редуктазы: суперсемейство SDR: функциональное и структурное разнообразие в семействе метаболических и регуляторных ферментов» . Клетка. Мол. Life Sci . 65 (24): 3895–906. DOI : 10.1007 / s00018-008-8588-у . PMC 2792337 . PMID 19011750 .  
  7. ^ a b PDB : 1EK5 ; Thoden JB, Wohlers TM, Fridovich-Keil JL, Holden HM (май 2000 г.). «Кристаллографические доказательства функционирования Tyr 157 в качестве основания активного сайта в человеческой UDP-галактозо-4-эпимеразе». Биохимия . 39 (19): 5691–701. DOI : 10.1021 / bi000215l . PMID 10801319 . 
  8. ^ a b c PDB : 1XEL ; Тоден Дж. Б., Фрей П. А., Холден Х. М. (апрель 1996 г.). «Молекулярная структура абортивного комплекса NADH / UDP-глюкоза UDP-галактозо-4-эпимеразы из Escherichia coli: последствия для каталитического механизма». Биохимия . 35 (16): 5137–44. DOI : 10.1021 / bi9601114 . PMID 8611497 . 
  9. ^ PDB : 1A9Z ; Тоден Дж. Б., Холден Х. М. (август 1998 г.). «Резкие различия в связывании UDP-галактозы и UDP-глюкозы с UDP-галактозой 4-эпимеразой из Escherichia coli». Биохимия . 37 (33): 11469–77. DOI : 10.1021 / bi9808969 . PMID 9708982 . 
  10. ^ a b Лю Y, Тоден Дж. Б., Ким Дж., Бергер Э, Гулик А. М., Ружичка Ф. Дж., Холден Х. М., Фрей, штат Пенсильвания (сентябрь 1997 г.). «Механистические роли тирозина 149 и серина 124 в UDP-галактозо-4-эпимеразе из Escherichia coli». Биохимия . 36 (35): 10675–84. DOI : 10.1021 / bi970430a . PMID 9271498 . 
  11. ^ Кингсли DM, Kozarsky KF, Hobbie L, M Krieger (март 1986). «Обратимые дефекты в O-связанном гликозилировании и экспрессии рецептора LDL в мутанте с дефицитом 4-эпимеразы UDP-Gal / UDP-GalNAc». Cell . 44 (5): 749–59. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (86) 90841-X . PMID 3948246 . S2CID 28293937 .  
  12. ^ Б Lai K, Elsas LJ, Wierenga KJ (ноябрь 2009). «Токсичность галактозы у животных» . IUBMB Life . 61 (11): 1063–74. DOI : 10.1002 / iub.262 . PMC 2788023 . PMID 19859980 .  
  13. ^ Страйер, Люберт; Берг, Джереми Марк; Тимочко, Джон Л. (2008). Биохимия (Looseleaf) . Сан-Франциско: WH Freeman. С.  443–58 . ISBN 9780716718437.
  14. ^ Мичелл RH (февраль 2008). «Производные инозита: эволюция и функции». Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 9 (2): 151–61. DOI : 10.1038 / nrm2334 . PMID 18216771 . S2CID 3245927 .  
  15. ^ а б Тен Хаген К.Г., Фриц Т.А., Табак Л.А. (январь 2003 г.). «Все в семействе: UDP-GalNAc: полипептид N-ацетилгалактозаминилтрансферазы» . Гликобиология . 13 (1): 1R – 16R. DOI : 10.1093 / glycob / cwg007 . PMID 12634319 . 
  16. ^ Alfalah M, Jacob R, Прейс U, Zimmer КП, Naim H, Naim ГИ (июнь 1999). «О-связанные гликаны опосредуют апикальную сортировку кишечной сахаразы-изомальтазы человека посредством ассоциации с липидными рафтами». Curr. Биол . 9 (11): 593–6. DOI : 10.1016 / S0960-9822 (99) 80263-2 . PMID 10359703 . S2CID 16866875 .  
  17. ^ Альтшулер Y, Кинлох CL, Польша PA, Брунс JB, Аподака G, Вайс О.А., Хьюи RP (март 2000). «Клатрин-опосредованный эндоцитоз MUC1 модулируется его состоянием гликозилирования» . Мол. Биол. Cell . 11 (3): 819–31. DOI : 10.1091 / mbc.11.3.819 . PMC 14813 . PMID 10712502 .  
  18. ^ Breuza L, M Garcia, Delgrossi MH, Le Bivic A (февраль 2002). «Роль проксимального мембраны сайта O-гликозилирования в сортировке человеческого рецептора нейротрофинов к апикальной мембране клеток MDCK». Exp. Cell Res . 273 (2): 178–86. DOI : 10.1006 / excr.2001.5442 . PMID 11822873 . 
  19. ^ Naim ГИ, Joberty G, M Alfalah, Jacob R (июнь 1999). «Временная ассоциация событий N- и O-связанного гликозилирования и их значение в поляризованной сортировке кишечной щеточной каймы сахароза-изомальтаза, аминопептидаза N и дипептидилпептидаза IV» . J. Biol. Chem . 274 (25): 17961–7. DOI : 10.1074 / jbc.274.25.17961 . PMID 10364244 . 
  20. ↑ Zheng X, Sadler JE (март 2002 г.). «Муцин-подобный домен энтеропептидазы направляет апикальное нацеливание в клетках почек собак Madin-Darby» . J. Biol. Chem . 277 (9): 6858–63. DOI : 10.1074 / jbc.M109857200 . PMID 11878264 . 
  21. Перейти ↑ Hooper LV, Gordon JI (февраль 2001 г.). «Гликаны как законодатели взаимодействий между хозяином и микробами: от симбиоза до патогенности» . Гликобиология . 11 (2): 1R – 10R. DOI : 10.1093 / glycob / 11.2.1R . PMID 11287395 . 
  22. ^ Е х, Hiraoka N, Petryniak В, Накаяма Дж, Ellies Л.Г., Рабука D, Hindsgaul О, Marth JD, JB Лоу, Фукуда М (июнь 2001 г.). «Новые рецепторы самонаведения сульфатированных лимфоцитов и их контроль с помощью бета 1,3-N-ацетилглюкозаминилтрансферазы расширения Core1». 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 (октябрь 2000 г.). «Понимание молекулярных основ связывания и сворачивания лейкоцитов, выявленных структурами P- и E-селектина, связанными с SLe (X) и PSGL-1». Cell . 103 (3): 467–79. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 00138-0 . PMID 11081633 . S2CID 12719907 .  
  24. ^ Sauer - J, Sigurskjold BW, Кристенсен U, Франдсен Т.П., Миргородские Е, Харрисон М, Р Roepstorff, Свенсон В (декабрь 2000 г.). «Глюкоамилаза: взаимосвязь структура / функция и белковая инженерия». Биохим. Биофиз. Acta . 1543 (2): 275–293. DOI : 10.1016 / s0167-4838 (00) 00232-6 . PMID 11150611 . 
  25. ↑ Гарнер Б., Весёлый А.Х., Ройл Л., Харви Д.Д., Радд П.М., Тилле Дж. (Июнь 2001 г.). «Структурное выяснение N- и O-гликанов человеческого аполипопротеина (а): роль о-гликанов в обеспечении устойчивости к протеазам» . J. Biol. Chem . 276 (25): 22200–8. DOI : 10.1074 / jbc.M102150200 . PMID 11294842 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Лелуар Л.Ф. (1953). «Ферментативная изомеризация и родственные процессы». Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии . Adv. Энзимол. Relat. Subj. Биохим . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. 14 . С. 193–218. DOI : 10.1002 / 9780470122594.ch6 . ISBN 9780470122594. PMID  13057717 .
  • Максвелл ES, де Робишон-Сульмайстер H (1960). «Очистка уридиндифосфатгалактоза-4-эпимеразы из дрожжей и идентификация дифосфопиридинового нуклеотида, связанного с белком» . J. Biol. Chem . 235 (2): 308–312. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 69520-1 .
  • Уилсон Д. Б., Хогнесс Д. С. (август 1964 г.). «Ферменты оперона галактозы в Escherichia coli. I Очистка и характеристика уридиндифосфогалактоз 4-эпимеразы» . J. Biol. Chem . 239 : 2469–81. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 93876-7 . PMID  14235524 .

Внешние ссылки [ править ]

  • GeneReviews / NCBI / NIH / UW запись о дефиците эпимеразы галактоземии
  • Записи OMIM о недостаточности эпимеразы галактоземии
  • UDPgalactose + 4-Epimerase в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)