La enzima UDP-glucosa 4-epimerasa ( EC 5.1.3.2 ), también conocida como UDP-galactosa 4-epimerasa o GALE , es una epimerasa homodimérica que se encuentra en células bacterianas, fúngicas, vegetales y de mamíferos. Esta enzima realiza el paso final en la vía Leloir del metabolismo de la galactosa , catalizando la conversión reversible de UDP-galactosa en UDP-glucosa . [1] GALE se une estrechamente al dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD +), un cofactor necesario para la actividad catalítica. [2]
UDP-glucosa 4-epimerasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 5.1.3.2 | |||||||
No CAS. | 9032-89-7 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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UDP-galactosa-4-epimerasa | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | VENDAVAL | |||||
Gen NCBI | 2582 | |||||
HGNC | 4116 | |||||
OMIM | 606953 | |||||
RefSeq | NM_000403 | |||||
UniProt | Q14376 | |||||
Otros datos | ||||||
Número CE | 5.1.3.2 | |||||
Lugar | Chr. 1 p36-p35 | |||||
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Epimerasa / deshidratasa dependiente de NAD | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | ? | |||||||
Pfam | PF01370 | |||||||
InterPro | IPR001509 | |||||||
Membranome | 330 | |||||||
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Además, las isoformas de GALE humanas y algunas bacterianas catalizan reversiblemente la formación de UDP- N- acetilgalactosamina (UDP-GalNAc) a partir de UDP- N -acetilglucosamina ( UDP-GlcNAc ) en presencia de NAD +, un paso inicial en la síntesis de glicoproteínas o glicolípidos . [3]
Significado historico
El Dr. Luis Leloir dedujo el papel de GALE en el metabolismo de la galactosa durante su mandato en el Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Fundación Campomar, inicialmente denominada enzima waldenasa. [4] El Dr. Leloir recibió el Premio Nobel de Química de 1970 por su descubrimiento de los nucleótidos de azúcar y su papel en la biosíntesis de carbohidratos. [5]
Estructura
GALE pertenece a la superfamilia de proteínas deshidrogenasa / reductasa de cadena corta (SDR). [6] Esta familia se caracteriza por un motivo Tyr-XXX-Lys conservado necesario para la actividad enzimática; uno o más andamios plegables Rossmann ; y la capacidad de unirse a NAD + . [6]
Estructura terciaria
La estructura GALE se ha resuelto para varias especies, incluidas E. coli [7] y humanos. [8] GALE existe como homodímero en varias especies. [8]
Si bien el tamaño de la subunidad varía de 68 aminoácidos (Enterococcus faecalis) a 564 aminoácidos (Rhodococcus jostii) , la mayoría de las subunidades GALE se agrupan cerca de 330 aminoácidos de longitud. [6] Cada subunidad contiene dos dominios distintos. Un dominio N-terminal contiene una hoja plegada β paralela de 7 hebras flanqueada por hélices α. [1] Los pliegues de Rossmann emparejados dentro de este dominio permiten que GALE se una estrechamente a un cofactor NAD + por subunidad. [2] Una hoja β de 6 hebras y 5 hélices α comprenden el dominio C-terminal de GALE. [1] Los residuos C-terminales se unen a UDP, de modo que la subunidad es responsable de colocar correctamente UDP-glucosa o UDP-galactosa para la catálisis. [1]
Sitio activo
La hendidura entre los dominios N- y C-terminales de GALE constituye el sitio activo de la enzima . Un motivo Tyr-XXX Lys conservado es necesario para la actividad catalítica de GALE; en humanos, este motivo está representado por Tyr 157-Gly-Lys-Ser-Lys 161, [6] mientras que E. coli GALE contiene Tyr 149-Gly-Lys-Ser-Lys 153. [8] El tamaño y la forma de GALE El sitio activo varía según las especies, lo que permite una especificidad variable del sustrato GALE. [3] Además, la conformación del sitio activo dentro de un GALE específico de especie es maleable; por ejemplo, un grupo UDP-GlcNAc 2 'N-acetilo voluminoso se aloja dentro del sitio activo de GALE humano mediante la rotación de la cadena lateral de carboxamida Asn 207. [3]
Residuo | Función |
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Ala 216, Phe 218 | Anclar el anillo de uracilo a la enzima. |
Asp 295 | Interactúa con el grupo hidroxilo de la ribosa 2 '. |
Asn 179, Arg 231, Arg 292 | Interactuar con los grupos fosfato UDP. |
Tyr 299, Asn 179 | Interactuar con galactosa 2 'hidroxilo o glucosa 6' grupo hidroxilo; Coloque correctamente el azúcar dentro del sitio activo. |
Tyr 177, Phe 178 | Interactuar con galactosa 3 'hidroxilo o glucosa 6' grupo hidroxilo; Coloque correctamente el azúcar dentro del sitio activo. |
Lys 153 | Reduce el pKa de Tyr 149, permite la abstracción o donación de un átomo de hidrógeno hacia o desde el grupo hidroxilo 4 'del azúcar. |
Tyr 149 | Extrae o dona un átomo de hidrógeno hacia o desde el grupo hidroxilo 4 'del azúcar, catalizando la formación del intermedio 4-cetopiranosa. |
Mecanismo
Conversión de UDP-galactosa en UDP-glucosa
GALE invierte la configuración del grupo hidroxilo 4 'de UDP-galactosa a través de una serie de 4 pasos. Tras la unión de UDP-galactosa, un residuo de tirosina conservado en el sitio activo extrae un protón del grupo hidroxilo 4 '. [7] [10]
Concomitantemente, el hidruro 4 'se agrega a la cara si de NAD +, generando NADH y un intermedio 4-cetopiranosa. [1] El intermedio de 4-cetopiranosa gira 180 ° alrededor del enlace pirofosforilo entre el oxígeno del glicosilo y el átomo de fósforo β, presentando la cara opuesta del intermedio de cetopiranosa a NADH. [10] La transferencia de hidruro de NADH a esta cara opuesta invierte la estereoquímica del centro 4 '. El residuo de tirosina conservado luego dona su protón, regenerando el grupo hidroxilo 4 '. [1]
Conversión de UDP-GlcNAc a UDP-GalNAc
Las isoformas GALE humanas y algunas bacterianas catalizan reversiblemente la conversión de UDP-GlcNAc en UDP-GalNAc a través de un mecanismo idéntico, invirtiendo la configuración estereoquímica en el grupo hidroxilo 4 'del azúcar. [3] [11]
Función biológica
Metabolismo de la galactosa
No existen vías catabólicas directas para el metabolismo de la galactosa. Por tanto, la galactosa se convierte preferentemente en glucosa-1-fosfato , que puede derivarse hacia la glucólisis o la vía de síntesis del inositol . [12]
GALE funciona como una de las cuatro enzimas en la vía Leloir de conversión de galactosa de glucosa-1-fosfato. Primero, la galactosa mutarotasa convierte la β-D-galactosa en α-D-galactosa. [1] La galactoquinasa luego fosforila la α-D-galactosa en el grupo hidroxilo 1 ', produciendo galactosa-1-fosfato . [1] En el tercer paso, la uridiltransferasa de galactosa-1-fosfato cataliza la transferencia reversible de un resto de UMP de UDP-glucosa a galactosa-1-fosfato, generando UDP-galactosa y glucosa-1-fosfato. [1] En el paso final de Leloir, la UDP-glucosa se regenera a partir de UDP-galactosa por GALE; Los ciclos de UDP-glucosa regresan al tercer paso de la vía. [1] Como tal, GALE regenera un sustrato necesario para el ciclo continuo de la vía de Leloir.
La glucosa-1-fosfato generada en el paso 3 de la vía de Leloir puede isomerizarse a glucosa-6-fosfato por la fosfoglucomutasa . La glucosa-6-fosfato entra fácilmente en la glucólisis, lo que lleva a la producción de ATP y piruvato. [13] Además, la glucosa-6-fosfato puede convertirse en inositol-1-fosfato mediante la inositol-3-fosfato sintasa , lo que genera un precursor necesario para la biosíntesis de inositol . [14]
Síntesis de UDP-GalNAc
Las isoformas de GALE humanas y bacterianas seleccionadas se unen a UDP-GlcNAc, catalizando reversiblemente su conversión en UDP-GalNAc. Una familia de glicosiltransferasas conocidas como UDP- N -acetylgalactosamine: transferasas polipéptido N-acetilgalactosamina (ppGaNTases) transfiere GalNAc desde UDP-GalNAc a la glicoproteína residuos de serina y treonina. [15] La glicosilación mediada por ppGaNTasa regula la clasificación de proteínas, [16] [17] [18] [19] [20] señalización de ligandos, [21] [22] [23] resistencia al ataque proteolítico, [24] [25] y representa el primer paso comprometido en la biosíntesis de mucina. [15]
Papel en la enfermedad
La deficiencia o disfunción de GALE humano da como resultado galactosemia tipo III , que puede existir en una forma leve (periférica) o más grave (generalizada). [12]
Referencias
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Otras lecturas
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enlaces externos
- Entrada de GeneReviews / NCBI / NIH / UW sobre galactosemia por deficiencia de epimerasa
- Entradas de OMIM sobre galactosemia por deficiencia de epimerasa
- UDPgalactosa + 4-epimerasa en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .