УДФ-глюкоза 4-эпимераза
Класс ферментов
УДФ-глюкоза 4-эпимераза
Идентификаторы
ПсевдонимыUDPгалактоза 4-эпимераза4-эпимеразаэвридин дифосфат глюкоза 4-эпимеразаUDPG-4-эпимеразаUDP-галактоза 4-эпимеразаэвридин дифосфоглюкоза эпимеразаэвридин дифосфо-галактоза-4-эпимеразаUDP-D-галактоза 4-эпимеразаUDP-глюкоза эпимеразаэвридин дифосфоглюкоза 4-эпимеразаэвридин дифосфат галактоза 4-эпимераза
Внешние идентификаторыGeneCards : [1]; OMA :- ортологи
Ортологи
РазновидностьЧеловекМышь
Энтрез

н/д

н/д

Ансамбль

н/д

н/д

UniProt

н
а

н/д

РефСек (мРНК)

н/д

н/д

RefSeq (белок)

н/д

н/д

Местоположение (UCSC)н/дн/д
Поиск в PubMedн/дн/д
Викиданные
Просмотр/редактирование человека
УДФ-глюкоза 4-эпимераза
Гомодимер УДФ-глюкоза-4-эпимеразы H. sapiens, связанный с НАДН и УДФ-глюкозой . Домены: N-концевой и C-концевой .
Идентификаторы
Номер ЕС5.1.3.2
Номер CAS9032-89-7
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
УДФ-галактозо-4-эпимераза
Человеческий GALE связан с NAD+ и UDP-GlcNAc , выделены N- и C-концевые домены. Asn 207 изгибается, чтобы разместить UDP-GlcNAc в активном сайте.
Идентификаторы
СимволГЕЙЛ
ген NCBI2582
HGNC4116
ОМИМ606953
РефСекNM_000403
UniProtQ14376
Другие данные
Номер ЕС5.1.3.2
ЛокусХр. 1 стр. 36-35
Искать
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
НАД-зависимая эпимераза/дегидратаза
Идентификаторы
Символ?
ПфамПФ01370
ИнтерПроIPR001509
Мембраном330
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры

Фермент UDP-глюкоза 4-эпимераза ( EC 5.1.3.2 ), также известный как UDP-галактоза 4-эпимераза или GALE , является гомодимерной эпимеразой, обнаруженной в бактериальных, грибковых, растительных и млекопитающих клетках. Этот фермент выполняет последний шаг в пути Лелуара метаболизма галактозы , катализируя обратимое превращение UDP-галактозы в UDP-глюкозу . [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+, что является начальным этапом синтеза гликопротеина или гликолипида . [3]

Историческое значение

Доктор Луис Лелуар вывел роль GALE в метаболизме галактозы во время своей работы в Институте биохимических исследований Фонда Кампомар, 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

GALE принадлежит к суперсемейству белков короткоцепочечных дегидрогеназ/редуктаз (SDR). [6] Это семейство характеризуется консервативным мотивом Tyr-XXX-Lys, необходимым для ферментативной активности; одним или несколькими каркасами складок Россмана ; и способностью связывать NAD + . [6]

Третичная структура

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

В то время как размер субъединицы варьируется от 68 аминокислот (Enterococcus faecalis) до 564 аминокислот (Rhodococcus jostii), большинство субъединиц GALE группируются около 330 аминокислот в длину. [6] Каждая субъединица содержит два отдельных домена. N-концевой домен содержит 7-цепочечный параллельный β-складчатый лист, окруженный α-спиралями. [1] Парные складки Россмана внутри этого домена позволяют GALE прочно связывать один кофактор NAD + на субъединицу. [2] 6-цепочечный β-лист и 5 α-спиралей составляют C-концевой домен GALE. [1] C-концевые остатки связывают UDP, так что субъединица отвечает за правильное позиционирование UDP-глюкозы или UDP-галактозы для катализа. [1]

Активный сайт

Расщелина между N- и C-концевыми доменами GALE составляет активный сайт фермента . Консервативный мотив Tyr-XXX Lys необходим для каталитической активности GALE; у людей этот мотив представлен Tyr 157-Gly-Lys-Ser-Lys 161, [6] в то время как GALE E. coli содержит Tyr 149-Gly-Lys-Ser-Lys 153. [8] Размер и форма активного сайта GALE различаются в зависимости от вида, что обеспечивает изменчивую субстратную специфичность GALE. [3] Кроме того, конформация активного сайта в пределах видоспецифичного GALE является пластичной; например, объемная UDP-GlcNAc 2' N-ацетильная группа размещается в активном сайте человеческого GALE путем вращения боковой цепи карбоксамида Asn 207. [3]

Известные взаимодействия остатков GALE E. coli с UDP-глюкозой и UDP-галактозой. [9]
ОстатокФункция
Ала 216, Фе 218Закрепить урациловое кольцо на ферменте.
Аспид 295Взаимодействует с гидроксильной группой рибозы 2'.
Асн 179, Арг 231, Арг 292Взаимодействуют с фосфатными группами УДФ.
Тир 299, Асн 179Взаимодействуют с гидроксильной группой галактозы 2' или гидроксильной группой глюкозы 6'; правильно размещают сахар в активном центре.
Тир 177, Фе 178Взаимодействуют с 3'-гидроксильной группой галактозы или 6'-гидроксильной группой глюкозы; правильно размещают сахар в активном центре.
Лис 153Снижает pKa Tyr 149, допускает отщепление или передачу атома водорода от гидроксильной группы 4' сахара.
Тир 149Отщепляет или отдает атом водорода 4'-гидроксильной группе сахара, катализируя образование промежуточного продукта 4-кетопиранозы.

Механизм

Превращение УДФ-галактозы в УДФ-глюкозу

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

Одновременно 4' гидрид добавляется к si -грани NAD+, образуя NADH и промежуточное соединение 4-кетопиранозы. [1] 4-кетопиранозное промежуточное соединение поворачивается на 180° вокруг пирофосфорильной связи между гликозильным кислородом и β-атомом фосфора, представляя противоположную сторону кетопиранозного промежуточного соединения NADH. [10] Перенос гидрида от NADH к этой противоположной грани инвертирует стереохимию 4'-центра. Затем консервативный остаток тирозина отдает свой протон, восстанавливая 4'-гидроксильную группу. [1]

Преобразование UDP-GlcNAc в UDP-GalNAc

Человеческие и некоторые бактериальные изоформы GALE обратимо катализируют превращение UDP-GlcNAc в UDP-GalNAc посредством идентичного механизма, инвертируя стереохимическую конфигурацию в 4'-гидроксильной группе 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 не существует прямых катаболических путей. Поэтому галактоза преимущественно преобразуется в глюкозо-1-фосфат , который может быть перенаправлен в гликолиз или путь синтеза инозитола . [12]

GALE функционирует как один из четырех ферментов в пути Лелуара превращения галактозы в глюкозо-1-фосфат. Сначала галактозомутаротаза преобразует β-D-галактозу в α-D-галактозу. [1] Затем галактокиназа фосфорилирует α-D-галактозу по гидроксильной группе 1', образуя галактозо-1-фосфат . [1] На третьем этапе галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза катализирует обратимый перенос фрагмента UMP из UDP-глюкозы в галактозо-1-фосфат, образуя UDP-галактозу и глюкозо-1-фосфат. [1] На последнем этапе Лелуара UDP-глюкоза регенерируется из UDP-галактозы с помощью GALE; UDP-глюкоза возвращается к третьему этапу пути. [1] Таким образом, GALE восстанавливает субстрат, необходимый для продолжения цикла пути Лелуара.

Глюкозо-1-фосфат, образующийся на этапе 3 пути Лелуара, может быть изомеризован в глюкозо -6-фосфат фосфоглюкомутазой . Глюкозо-6-фосфат легко вступает в гликолиз, что приводит к образованию АТФ и пирувата. [13] Кроме того, глюкозо-6-фосфат может быть преобразован в инозитол-1-фосфат инозитол -3-фосфатсинтазой , образуя предшественник, необходимый для биосинтеза инозитола . [14]

Синтез UDP-GalNAc

Человеческие и выбранные бактериальные изоформы GALE связывают UDP-GlcNAc, обратимо катализируя его преобразование в UDP-GalNAc. Семейство гликозилтрансфераз, известных как UDP - N -ацетилгалактозамин:полипептидные N-ацетилгалактозаминтрансферазы (ppGaNTases), переносит GalNAc из UDP-GalNAc в остатки серина и треонина гликопротеина. [15] опосредованное ppGaNTase гликозилирование регулирует сортировку белков, [16] [17] [18] [19] [20] сигнализацию лигандов, [21] [22] [23] устойчивость к протеолитической атаке, [24] [25] и представляет собой первый обязательный шаг в биосинтезе муцина. [15]

Роль в заболевании

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

Ссылки

  1. ^ abcdefghijk Holden HM, Rayment I, Thoden JB (ноябрь 2003 г.). «Структура и функция ферментов пути Лелуара для метаболизма галактозы». J. Biol. Chem . 278 (45): 43885–8. doi : 10.1074/jbc.R300025200 . PMID  12923184.
  2. ^ ab Liu Y, Vanhooke JL, Frey PA (июнь 1996 г.). "UDP-галактозо-4-эпимераза: содержание NAD+ и полоса переноса заряда, связанная с конформационным переходом, вызванным субстратом". Биохимия . 35 (23): 7615–20. doi :10.1021/bi960102v. PMID  8652544.
  3. ^ abcd 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. doi : 10.1074/jbc.M100220200 . PMID  11279032.
  4. ^ LELOIR LF (сентябрь 1951 г.). «Ферментативное превращение уридиндифосфатглюкозы в производное галактозы». Arch Biochem . 33 (2): 186–90. doi :10.1016/0003-9861(51)90096-3. hdl : 11336/140700 . PMID  14885999.
  5. ^ "Нобелевская премия по химии 1970 года" (пресс-релиз). Королевская шведская академия наук. 1970. Получено 17 мая 2010 г.
  6. ^ abcd Каванаг KL, Йорнвалль H, Перссон B, Опперманн U (декабрь 2008 г.). «Семейства генов и белков дегидрогеназы/редуктазы средней и короткой цепи: суперсемейство SDR: функциональное и структурное разнообразие в семействе метаболических и регуляторных ферментов». Cell. Mol. Life Sci . 65 (24): 3895–906. doi :10.1007/s00018-008-8588-y. PMC 2792337. PMID  19011750 . 
  7. ^ ab PDB : 1EK5 ​; Thoden JB, Wohlers TM, Fridovich-Keil JL, Holden HM (май 2000). «Кристаллографические доказательства функционирования Tyr 157 в качестве активного сайта основания в человеческой UDP-галактозо-4-эпимеразе». Биохимия . 39 (19): 5691–701. doi :10.1021/bi000215l. PMID  10801319.
  8. ^ abc PDB : 1XEL ​; Thoden JB, Frey PA, Holden HM (апрель 1996 г.). «Молекулярная структура абортивного комплекса NADH/UDP-глюкозы UDP-галактоза 4-эпимеразы из Escherichia coli: последствия для каталитического механизма». Биохимия . 35 (16): 5137–44. doi :10.1021/bi9601114. PMID  8611497.
  9. ^ PDB : 1A9Z ; Thoden JB, Holden HM (август 1998). «Драматические различия в связывании UDP-галактозы и UDP-глюкозы с UDP-галактозо-4-эпимеразой из Escherichia coli». Биохимия . 37 (33): 11469–77. doi :10.1021/bi9808969. PMID  9708982.
  10. ^ ab Liu Y, Thoden JB, Kim J, Berger E, Gulick AM, Ruzicka FJ, Holden HM, Frey PA (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. ^ Kingsley DM, Kozarsky KF, Hobbie L, Krieger M (март 1986). «Обратимые дефекты в O-связанном гликозилировании и экспрессии рецептора ЛПНП в мутанте с дефицитом UDP-Gal/UDP-GalNAc 4-эпимеразы». Cell . 44 (5): 749–59. doi :10.1016/0092-8674(86)90841-X. PMID  3948246. S2CID  28293937.
  12. ^ ab Lai K, Elsas LJ, Wierenga KJ (ноябрь 2009 г.). «Токсичность галактозы у животных». IUBMB Life . 61 (11): 1063–74. doi :10.1002/iub.262. PMC 2788023. PMID  19859980 . 
  13. ^ Страйер, Луберт; Берг, Джереми Марк; Тимочко, Джон Л. (2008). Биохимия (Looseleaf) . Сан-Франциско: WH Freeman. С. 443–58. ISBN 9780716718437.
  14. ^ Michell RH (февраль 2008 г.). «Производные инозитола: эволюция и функции». Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 9 (2): 151–61. doi :10.1038/nrm2334. PMID  18216771. S2CID  3245927.
  15. ^ ab Ten Hagen KG, Fritz TA, Tabak LA (январь 2003 г.). «Все в семье: UDP-GalNAc:полипептид N-ацетилгалактозаминилтрансферазы». Гликобиология . 13 (1): 1R–16R. doi : 10.1093/glycob/cwg007 . PMID  12634319.
  16. ^ Alfalah M, Jacob R, Preuss U, Zimmer KP, Naim H, Naim HY (июнь 1999). "O-связанные гликаны опосредуют апикальную сортировку человеческой кишечной сахаразы-изомальтазы через ассоциацию с липидными плотами". Curr. Biol . 9 (11): 593–6. Bibcode :1999CBio....9..593A. doi : 10.1016/S0960-9822(99)80263-2 . ​​PMID  10359703. S2CID  16866875.
  17. ^ Altschuler Y, Kinlough CL, Poland PA, Bruns JB, Apodaca G, Weisz OA, Hughey RP (март 2000 г.). «Клатрин-опосредованный эндоцитоз MUC1 модулируется его состоянием гликозилирования». Mol. Biol. Cell . 11 (3): 819–31. doi :10.1091/mbc.11.3.819. PMC 14813 . PMID  10712502. 
  18. ^ Breuza L, Garcia M, Delgrossi MH, Le Bivic A (февраль 2002 г.). «Роль мембранно-проксимального участка O-гликозилирования в сортировке человеческого рецептора для нейротрофинов на апикальной мембране клеток MDCK». Exp. Cell Res . 273 (2): 178–86. doi :10.1006/excr.2001.5442. PMID  11822873.
  19. ^ Naim HY, Joberty G, Alfalah M, Jacob R (июнь 1999 г.). «Временная ассоциация событий гликозилирования N- и O-связанных и их роль в поляризованной сортировке сахаразы-изомальтазы кишечной щеточной каемки, аминопептидазы N и дипептидилпептидазы 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. ^ Hooper LV, Gordon JI (февраль 2001 г.). «Гликаны как законодатели взаимодействий хозяина и микроба: охватывая спектр от симбиоза до патогенности». Glycobiology . 11 (2): 1R–10R. doi : 10.1093/glycob/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 сульфатированные рецепторы самонаведения лимфоцитов и их контроль с помощью расширения Core1 бета 1,3-N-ацетилглюкозаминилтрансферазы». 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 молекулярной основы связывания и вращения лейкоцитов, выявленное с помощью структур P- и E-селектина, связанных 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, Christensen U, Frandsen TP, Mirgorodskaya E, Harrison M, Roepstorff P, Svensson B (декабрь 2000 г.). «Глюкоамилаза: взаимосвязь структуры и функции и белковая инженерия». Biochim. Biophys. Acta . 1543 (2): 275–293. doi :10.1016/s0167-4838(00)00232-6. PMID  11150611.
  25. ^ Garner B, Merry AH, Royle L, Harvey DJ, Rudd PM, Thillet J (июнь 2001 г.). «Структурное выяснение N- и O-гликанов человеческого аполипопротеина(а): роль o-гликанов в обеспечении устойчивости к протеазе». J. Biol. Chem . 276 (25): 22200–8. doi : 10.1074/jbc.M102150200 . PMID  11294842.

Дальнейшее чтение

  • Leloir LF (1953). "Ферментативная изомеризация и родственные процессы". Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии . Достижения в энзимологии - и смежных областях молекулярной биологии. Том 14. стр. 193–218. doi :10.1002/9780470122594.ch6. ISBN 9780470122594. PMID  13057717. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  • Максвелл ES, де Робишон-Шульмайстер H (1960). «Очистка уридиндифосфатгалактозо-4-эпимеразы из дрожжей и идентификация связанного с белком дифосфопиридиннуклеотида». J. Biol. Chem . 235 (2): 308–312. doi : 10.1016/S0021-9258(18)69520-1 .
  • Wilson DB, Hogness DS (август 1964). «Ферменты оперона галактозы в Escherichia coli. I Очистка и характеристика уридиндифосфогалактозо-4-эпимеразы». J. Biol. Chem . 239 : 2469–81. doi : 10.1016/S0021-9258(18)93876-7 . PMID  14235524.
  1. ^ Биби, Джейн А.; Фрей, Перри А. (1998-10-01). «Галактозомутаза: очистка, характеристика и исследования двух важных остатков гистидина». Биохимия . 37 (42): 14989–14997. doi :10.1021/bi9816047. ISSN  0006-2960.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=UDP-глюкоза_4-эпимераза&oldid=1255115181"