UDP-глюкозо-4-эпимераза - UDP-glucose 4-epimerase

«ГЕЙЛ» перенаправляется сюда. Для программы DARPA см. Глобальная эксплуатация автономных языков.
UDP-глюкозо-4-эпимераза
Человеческий GALE связан с NADH и UDP-gluosis.png
Х. сапиенс Гомодимер UDP-глюкозо-4-эпимеразы, связанный с НАДН и UDP-глюкоза. Домены: N-концевой и C-терминал.
Идентификаторы
Номер ЕС5.1.3.2
Количество CAS9032-89-7
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
UDP-галактоза-4-эпимераза
GALE человека связана с NAD + и UDP-GlcNAc.png
Человек ГЕЙЛ привязан к НАД + и UDP-GlcNAc, с N- и C-терминал выделены домены. Asn 207 искажает, чтобы разместить UDP-GlcNAc в активном сайте.
Идентификаторы
СимволГЕЙЛ
Ген NCBI2582
HGNC4116
OMIM606953
RefSeqNM_000403
UniProtQ14376
Прочие данные
Номер ЕС5.1.3.2
LocusChr. 1 p36-p35
НАД-зависимая эпимераза / дегидратаза
Идентификаторы
Символ?
PfamPF01370
ИнтерПроIPR001509
Мембранома330

В фермент UDP-глюкозо-4-эпимераза (ЕС 5.1.3.2 ), также известный как UDP-галактоза 4-эпимераза или же ГЕЙЛ, представляет собой гомодимерную эпимеразу, обнаруженную в клетках бактерий, грибов, растений и млекопитающих. Этот фермент выполняет последний шаг в Путь Лелуара из галактоза метаболизм, катализируя обратимое превращение UDP-галактоза к UDP-глюкоза.[1] ГЕЙЛ крепко связывает никотинамид аденин динуклеотид (НАД +), кофактор, необходимый для каталитической активности.[2]

Кроме того, человеческие и некоторые бактериальные изоформы GALE обратимо катализируют образование UDP-N-ацетилгалактозамин (UDP-GalNAc) из UDP-N-ацетилглюкозамин (UDP-GlcNAc ) в присутствии NAD +, начальный шаг в гликопротеин или же гликолипид синтез.[3]

Историческое значение

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 награды 1970 г. Нобелевская премия по химии за открытие сахарных нуклеотидов и их роли в биосинтезе углеводов.[5]

Структура

GALE принадлежит к суперсемейству белков короткоцепочечной дегидрогеназы / редуктазы (SDR).[6] Это семейство характеризуется консервативным мотивом Tyr-X-X-X-Lys, необходимым для ферментативной активности; один или больше Россманн фолд строительные леса; и способность связывать НАД+.[6]

Третичная структура

Структура GALE решена для ряда видов, в том числе Кишечная палочка[7] и люди.[8] GALE существует в виде гомодимера у различных видов.[8]

При этом размер субъединицы колеблется от 68 аминокислот. (Enterococcus faecalis) до 564 аминокислот (Rhodococcus jostii), большинство субъединиц GALE объединяются в группу длиной около 330 аминокислот.[6] Каждая субъединица содержит два отдельных домена. N-концевой домен содержит 7-мицепочечный параллельный β-складчатый лист, фланкированный α-спиралями.[1] Парный Россманн складки в этом домене позволяют GALE жестко связать один NAD+ кофактор 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

Разрыв между N- и С-концевыми доменами GALE составляет фермент активный сайт. Консервативный мотив Tyr-X-X-X Lys необходим для каталитической активности GALE; у человека этот мотив представлен Tyr 157-Gly-Lys-Ser-Lys 161,[6] пока Кишечная палочка GALE содержит Tyr 149-Gly-Lys-Ser-Lys 153.[8] Размер и форма активного сайта GALE 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]

Известен Кишечная палочка Взаимодействие остатков GALE с UDP-глюкозой и UDP-галактозой.[9]
ОстатокФункция
Ala 216, Phe 218Зафиксируйте урациловое кольцо на ферменте.
Асп 295Взаимодействует с 2 'гидроксильной группой рибозы.
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 расположите сахар в активном участке.
Tyr 177, Phe 178Взаимодействовать с 3 'гидроксильной группой галактозы или 6' гидроксильной группой глюкозы; правильно расположите сахар в активном участке.
Lys 153Снижает pKa Tyr 149, позволяет отщеплять или отдавать атом водорода в 4'-гидроксильную группу сахара или от нее.
Тир 149Абстрагирует или передает атом водорода 4'-гидроксильной группе сахара или от нее, катализируя образование промежуточного 4-кетопиранозы.

Механизм

Превращение UDP-галактозы в UDP-глюкозу

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

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

Преобразование UDP-GlcNAc в UDP-GalNAc

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

Биологическая функция

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

Метаболизм галактозы

Для метаболизма галактозы нет прямых катаболических путей. Поэтому галактоза предпочтительно превращается в глюкозо-1-фосфат, который может быть шунтирован в гликолиз или инозитол путь синтеза.[12]

GALE действует как один из четырех ферментов в Путь Лелуара конверсии галактозы в глюкозо-1-фосфат. Первый, галактозомутаротаза превращает β-D-галактозу в α-D-галактозу.[1] Галактокиназа затем фосфорилирует α-D-галактозу по 1 'гидроксильной группе, давая галактоза-1-фосфат.[1] На третьем этапе галактозо-1-фосфат уридилтрансфераза катализирует обратимый перенос части UMP от UDP-глюкозы к галактозо-1-фосфату, 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, образующийся на этапе 3 пути Лелуара, может быть изомеризован до глюкозо-6-фосфат к фосфоглюкомутаза. Глюкозо-6-фосфат легко вступает в процесс гликолиза, что приводит к образованию АТФ и пирувата.[13] Кроме того, глюкозо-6-фосфат может превращаться в инозитол-1-фосфат к инозитол-3-фосфатсинтаза, генерируя предшественник, необходимый для инозитол биосинтез.[14]

Синтез UDP-GalNAc

Человеческие и отдельные бактериальные изоформы GALE связывают UDP-GlcNAc, обратимо катализируя его превращение в UDP-GalNAc. Семья гликозилтрансферазы известный как UDP-N-ацетилгалактозамин: полипептид N-ацетилгалактозаминтрансферазы (ppGaNTases) переносит GalNAc от UDP-GalNAc к остаткам гликопротеина серина и треонина.[15] гликозилирование, опосредованное ppGaNTase, регулирует сортировку белков,[16][17][18][19][20] передача сигналов лиганда,[21][22][23] устойчивость к протеолитической атаке,[24][25] и представляет собой первый обязательный этап биосинтеза муцина.[15]

Роль в болезни

Основная статья: Дефицит галактозоэпимеразы

Дефицит или дисфункция GALE у человека приводит к III типу галактоземия, который может существовать в легкой (периферической) или более тяжелой (генерализованной) форме.[12]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я 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. Дои:10.1074 / jbc.R300025200. PMID  12923184.
  2. ^ а б Лю Ю., Ванхук Дж. Л., Фрей П. А. (июнь 1996 г.). «UDP-галактозо-4-эпимераза: содержание NAD + и полоса переноса заряда, связанная с индуцированным субстратом конформационным переходом». Биохимия. 35 (23): 7615–20. Дои:10.1021 / bi960102v. PMID  8652544.
  3. ^ а б c d Thoden JB, Wohlers TM, Fridovich-Keil JL, Holden HM (май 2001 г.). «Человеческая UDP-галактозо-4-эпимераза. Размещение UDP-N-ацетилглюкозамина в активном центре». J. Biol. Chem. 276 (18): 15131–6. Дои:10.1074 / jbc.M100220200. PMID  11279032.
  4. ^ LELOIR LF (сентябрь 1951 г.). «Ферментативное превращение уридиндифосфата глюкозы в производное галактозы». Arch Biochem. 33 (2): 186–90. Дои:10.1016/0003-9861(51)90096-3. PMID  14885999.
  5. ^ "Нобелевская премия по химии 1970 г." (Пресс-релиз). Шведская королевская академия наук. 1970 г.. Получено 2010-05-17.
  6. ^ а б c d Кавана К.Л., Йорнвалл Х., Перссон Б., Опперманн У. (декабрь 2008 г.). «Семейства генов и белков средней и короткоцепочечной дегидрогеназы / редуктазы: суперсемейство SDR: функциональное и структурное разнообразие в семействе метаболических и регуляторных ферментов». Клетка. Мол. Life Sci. 65 (24): 3895–906. Дои:10.1007 / s00018-008-8588-у. ЧВК  2792337. PMID  19011750.
  7. ^ а б 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. Дои:10.1021 / bi000215l. PMID  10801319.
  8. ^ а б 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. Дои: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. Дои:10.1021 / bi9808969. PMID  9708982.
  10. ^ а б Лю Й., Тоден Дж. Б., Ким Дж., Бергер Е., Гулик А. М., Ружичка Ф. Дж., Холден Х. М., Фрей, Пенсильвания (сентябрь 1997 г.). «Механистические роли тирозина 149 и серина 124 в UDP-галактозо-4-эпимеразе из Escherichia coli». Биохимия. 36 (35): 10675–84. Дои:10.1021 / bi970430a. PMID  9271498.
  11. ^ Кингсли Д.М., Козарский К.Ф., Хобби Л., Кригер М. (март 1986 г.). «Обратимые дефекты в O-связанном гликозилировании и экспрессии рецептора LDL в мутанте с дефицитом 4-эпимеразы UDP-Gal / UDP-GalNAc». Клетка. 44 (5): 749–59. Дои:10.1016 / 0092-8674 (86) 90841-Х. PMID  3948246. S2CID  28293937.
  12. ^ а б Лай К., Эльзас Л.Дж., Вьеренга К.Дж. (ноябрь 2009 г.). «Галактозная токсичность у животных». IUBMB Life. 61 (11): 1063–74. Дои:10.1002 / iub.262. ЧВК  2788023. PMID  19859980.
  13. ^ Страйер, Люберт; Берг, Джереми Марк; Тимочко, Джон Л. (2008). Биохимия (Looseleaf). Сан-Франциско: В. Х. Фриман. стр.443–58. ISBN  9780716718437.
  14. ^ Мичелл РХ (февраль 2008 г.). «Производные инозита: эволюция и функции». Nat. Преподобный Мол. Cell Biol. 9 (2): 151–61. Дои: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 семье: UDP-GalNAc: полипептид N-ацетилгалактозаминилтрансферазы». Гликобиология. 13 (1): 1Р – 16Р. Дои:10.1093 / glycob / cwg007. PMID  12634319.
  16. ^ Альфала М., Джейкоб Р., Пройсс У., Циммер К.П., Наим Х., Наим Х.Й. (июнь 1999 г.). «О-связанные гликаны опосредуют апикальную сортировку кишечной сахаразы-изомальтазы человека посредством ассоциации с липидными рафтами». Curr. Биол. 9 (11): 593–6. Дои:10.1016 / S0960-9822 (99) 80263-2. PMID  10359703. S2CID  16866875.
  17. ^ Альтшулер Y, Kinlough CL, Польша PA, Bruns JB, Apodaca G, Weisz OA, Hughey RP (март 2000 г.). «Клатрин-опосредованный эндоцитоз MUC1 модулируется его состоянием гликозилирования». Мол. Биол. Клетка. 11 (3): 819–31. Дои:10.1091 / mbc.11.3.819. ЧВК  14813. PMID  10712502.
  18. ^ Бреуза Л., Гарсия М., Делгросси М. Х., Ле Бивик А (февраль 2002 г.). «Роль проксимального к мембране сайта O-гликозилирования в сортировке человеческого рецептора нейротрофинов на апикальной мембране клеток MDCK». Exp. Cell Res. 273 (2): 178–86. Дои:10.1006 / excr.2001.5442. PMID  11822873.
  19. ^ Наим Х.Й., Джоберти Г., Альфала М., Джейкоб Р. (июнь 1999 г.). «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. Дои:10.1074 / jbc.274.25.17961. PMID  10364244.
  20. ^ Чжэн Х, Сэдлер Дж. Э. (Март 2002 г.). «Муцин-подобный домен энтеропептидазы направляет апикальное нацеливание в клетках почек собак Madin-Darby». J. Biol. Chem. 277 (9): 6858–63. Дои:10.1074 / jbc.M109857200. PMID  11878264.
  21. ^ Хупер Л.В., Гордон Д.И. (февраль 2001 г.). «Гликаны как законодатели взаимодействий между хозяином и микробами: от симбиоза до патогенности». Гликобиология. 11 (2): 1R – 10R. Дои:10.1093 / гликоб / 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 (июнь 2001 г.). «Новые рецепторы самонаведения сульфатированных лимфоцитов и их контроль с помощью бета 1,3-N-ацетилглюкозаминилтрансферазы расширения Core1». Клетка. 105 (7): 957–69. Дои: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». Клетка. 103 (3): 467–79. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 00138-0. PMID  11081633. S2CID  12719907.
  24. ^ Зауэр Дж., Сигурскьолд Б.В., Кристенсен Ю., Франдсен Т.П., Миргородская Е., Харрисон М., Рёпсторфф П., Свенссон Б. (декабрь 2000 г.). «Глюкоамилаза: взаимосвязь структура / функция и белковая инженерия». Биохим. Биофиз. Acta. 1543 (2): 275–293. Дои:10.1016 / s0167-4838 (00) 00232-6. PMID  11150611.
  25. ^ Гарнер Б., Мерри А. Х., Ройл Л., Харви Д. Д., Радд П. М., Тилле Д. (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. Дои:10.1074 / jbc.M102150200. PMID  11294842.

дальнейшее чтение

  • 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. Дои: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: 308–312.
  • Уилсон Д. Б., Хогнесс Д. С. (август 1964 г.). «Ферменты оперона галактозы в Escherichia coli. I Очистка и характеристика уридиндифосфогалактоза 4-эпимеразы». J. Biol. Chem. 239: 2469–81. PMID  14235524.

внешняя ссылка