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 la β-D-galactosa a glucosa 1-fosfato . [2] La galactoquinasa, aislada por primera vez en hígado de mamíferos , se ha estudiado ampliamente en levaduras ,[3] [4] arqueas , [5] plantas , [6] [7] y humanos . [8] [9]
Galactoquinasa 1 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | GALK1 | |||||
Alt. simbolos | GALK | |||||
Gen NCBI | 2584 | |||||
HGNC | 4118 | |||||
OMIM | 604313 | |||||
RefSeq | NM_000154 | |||||
UniProt | P51570 | |||||
Otros datos | ||||||
Número CE | 2.7.1.6 | |||||
Lugar | Chr. 17 q23-q25 | |||||
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Galactoquinasa 2 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | GALK2 | |||||
Gen NCBI | 2585 | |||||
HGNC | 4119 | |||||
OMIM | 137028 | |||||
RefSeq | NM_002044 | |||||
UniProt | Q01415 | |||||
Otros datos | ||||||
Número CE | 2.7.1.6 | |||||
Lugar | Chr. 15 [1] | |||||
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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 hojas beta mixtas y cinco hélices alfa , y el dominio C-terminal se caracteriza por dos capas de hojas 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 se refiere a sus miembros originales: galactoquinasa, homoserina cinasa , mevalonato cinasa y fosfomevalonato cinasa . Los miembros de la superfamilia de GHMP tienen una gran similitud tridimensional a pesar de que sólo tienen una identidad de secuencia del diez al 20%. 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 en 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 C-4, pero los cambios en la posición C-2 de la D-galactosa no interfieren con la función de la enzima. [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 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 correspondientes quinasas anoméricas de azúcar ampliamente permisivas sirven como piedra angular para la glucorandomización 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. Asp -186 extrae un protón de C1-OH de α-D-galactosa, y el nucleófilo alcóxido resultante ataca el γ- fósforo de ATP. Un grupo fosfato es transferido al azúcar, y Asp-186 puede ser desprotonado por agua . Cerca de Arg -37 estabiliza Asp-186 en su forma aniónica y también se ha demostrado que es esencial para la función de galactoquinasa en experimentos de mutación puntual . [9] Tanto el ácido aspártico como los residuos del sitio activo de arginina están muy conservados entre las galactoquinasas. [8]
Función biológica
La vía de Leloir cataliza la conversión de galactosa en glucosa. La galactosa se encuentra en los productos lácteos , así como en frutas y verduras , y se puede producir de forma endógena 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 que se caracteriza por una disminución de la capacidad para metabolizar la galactosa, puede deberse a 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 inicio temprano . En las células del cristalino del ojo humano , la aldosa reductasa convierte la galactosa en galactitol. Como la galactosa no se cataboliza a glucosa debido a una mutación de galactoquinasa, el galactitol se acumula. Este gradiente de galactitol a través de la membrana de las células del cristalino desencadena la captación osmótica de agua y se produce la hinchazón y eventual apoptosis de las células del cristalino. [22]
Referencias
- ^ "galactoquinasa" . Diccionario médico . Consultado el 26 de enero de 2013 .
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enlaces externos
- Galactoquinasa en los encabezados de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .