Az UDP-glükóz-4-epimeráz (), más néven UDP-galaktóz-4-epimeráz vagy GALE, homodimer epimeráz, mely megtalálható baktériumokban, gombákban, növényekben és emlősökben. Ez az enzim a galaktózt glükózzá alakító Leloir-út utolsó lépését hajtja végre, melyben az UDP-galaktózt UDP-glükózzá alakítja. A GALE szorosan kötődik a nikotinamid-adenin-dinukleotidhoz (), mely katalitikus aktivitásához szükséges kofaktor.

Ezenkívül az emberi és néhány bakteriális GALE-izoforma képes az UDP-N-acetilgalaktózamin (UDP-GalNAc) reverzibilis képzésére UDP-N-acetilglükózaminból (UDP-GlcNAc) jelenlétében, ami a glikoprotein- és a glikolipid-szintézis 1. lépése. Történet Dr. Luis Leloir a GALE szerepét a galaktóz-anyagcserében az Instituto de Investigaciones Bioquímicas del Fundación Campomarban töltött gyakorlata során mutatta ki, az enzimet eredetileg waldenáznak nevezte. Dr. Leloir a cukornukleotidok és szénhidrát-bioszintézisben játszott szerepük felfedezéséért 1970-ben kémiai Nobel-díjat kapott. Szerkezet A GALE a rövid láncú dehidrogenázok és reduktázok fehérje-szupercsaládjába tartozik. E családra az enzimaktivitáshoz szükséges állandósult Tyr-X-X-X-Lys motívum, 1 vagy több Rossmann-hajlat és a -kötő képesség jellemző. Harmadlagos szerkezet A GALE szerkezete számos faj, például az Escherichia coli; és az ember esetén is ismert.; A GALE számos fajban homodimer.

Bár az alegységméret 68 (Enterococcus faecalis)Enterococcus faecalis és 564 (Rhodococcus jostii)Rhodococcus jostii aminosav közt változik, a legtöbb alegység 330 aminosavból áll. Minden alegység 2 doménből áll. Az N-terminális domén 7 szálú párhuzamos β-redős lapból áll α-hélixek közt. A doménben lévő páros Rossmann-hajlatok lehetővé teszik a GALE-nek 1 kofaktor kötését alegységenként. Egy 6 szálú β-redő és 5 α-hélix alkotják a GALE C-terminális doménjét. A C-terminális aminosavak UDP-t kötnek úgy, hogy ez felel az UDP-glükóz vagy -galaktóz megfelelő elrendezését a katalízishez. Aktív hely A GALE N- és C-terminális doménjei közti mélyedés az enzim aktív helye. Egy állandósult Tyr-X-X-X-Lys motívum szükséges a GALE katalitikus aktivitásához – emberben ez Tyr 157–Gly–Lys–Ser–Lys 161, E. coliban Tyr 149-Gly-Lys-Ser-Lys 153. A GALE aktív helyének alakja és mérete fajonként eltérő, különböző szubsztrátspecificitást okozva. Ezenkívül az aktív hely konformációja egy faj GALE-jében változó, például az UDP-GlcNAc 2′-N-acetilcsoportjához való alkalmazkodáshoz emberben a 207. aszparagin karboxamid-oldallánca elfordul. + Ismert aminosav-kölcsönhatások E. coli-GALE-ben UDP-glükózzal és -galaktózzal.; Aminosav Funkció Ala 216, Phe 218 Uracilt rögzít enzimhez. Asp 295 A ribóz 2′-hidroxilcsoportjával kölcsönhat. Asn 179, Arg 231, Arg 292 Az UDP foszfátjaival kölcsönhat. Tyr 299, Asn 179 A galaktóz 2′- vagy a glükóz 6′-hidroxilcsoportjával kölcsönhat, a cukrot az aktív helyben megfelelően rendezi el. Tyr 177, Phe 178 A galaktóz 3′- vagy a glükóz 6′-hidroxilcsoportjával kölcsönhat, a cukrot az aktív helyben megfelelően rendezi el. Lys 153 Csökkenti a Tyr 149 pKa-ját, lehetővé teszi a hidrogén eltávolítását vagy hozzáadását a cukor 4′-hidroxilcsoportjához. Tyr 149 Eltávolít vagy hozzáad hidrogént a cukor 4′-hidroxilcsoportjához 4-ketopiranóz köztiterméket létrehozva. Mechanizmus UDP-galaktóz UDP-glükózzá alakítása A GALE az UDP-galaktóz 4′-hidroxilcsoportjának konfigurációját 4 lépésben megfordítja. Az UDP-galaktóz megkötése után egy állandósult tirozin az aktív helyben protont távolít el annak 4′-hidroxilcsoportjáról.

Ezzel együtt a 4′-hidrid a si-oldalához kerül, NADH-t és 4-ketopiranóz köztiterméket adva. Ez utóbbi 180°-kal elfordul a glikoziloxigén és a β-foszforatom közti difoszforilkötés körül, a másik oldalt mutatva a NADH-hoz. A hidridtranszfer a NADH-tól e másik oldalra megfordítja a 4′-központ sztereokémiáját. Az állandósult tirozin ezután protondonor, újra 4′-hidroxilcsoportot adva. UDP-GlcNAc UDP-GalNAc-ná alakítása A humán és néhány bakteriális GALE-izoforma reverzibilisen katalizálja az UDP-GlcNAc UDP-GalNAC-ná alakítását ugyanígy, megfordítva a 4′-hidroxilcsoport sztereokémiai konfigurációját. Biológiai funkció bélyegkép|jobbra|300px|alt=A galaktóz-anyagcsere Leloir-útjának lépései|A galaktóz-anyagcsere Leloir-útjának köztitermékei és enzimjei. Galaktóz-anyagcsere A galaktóz-anyagcserének nincs közvetlen katabolikus útja. Ezért a galaktóz elsősorban glükóz-1-foszfáttá alakul, mely a glikolízisbe vagy az inozitszintézisbe kerülhet.

A GALE a galaktózt glükóz-1-foszfáttá alakító Leloir-út 4 enzimjének egyike. Ennek során a galaktóz-mutarotáz a β-D-galaktózt α-D-galaktózzá alakítja. A galaktokináz ezután ezt az 1′-hidroxilcsoporton foszforilálja, galaktóz-1-foszfátot adva. A harmadik lépésben a galaktóz-1-foszfát-uridililtranszferáz az UDP-glükóz és a galaktóz-1-foszfát közti reverzibilis uridin-monofoszfát-transzfert katalizálja, UDP-galaktózt és glükóz-1-foszfátot létrehozva. Az utolsó lépésben az UDP-glükózt az UDP-galaktózból állítja ismét elő a GALE, így az UDP-glükóz visszatérhet az út 3. lépésére. Így a GALE a Leloir-út ciklusához szükséges szubsztrátot hoz létre.

A Leloir-út 3. lépésében keletkező glükóz-1-foszfátot a foszfoglükomutáz glükóz-6-foszfáttá izomerizálhatja. Ez könnyen lép a glikolízisbe, melynek termékei adenozin-trifoszfát és piruvát. Ezenkívül a glükóz-6-foszfát inozit-1-foszfáttá alakulhat inozit-3-foszfát-szintáz által, létrehozva az inozit-bioszintézis prekurzorát. UDP-GalNAc-szintézis A humán és egyes bakteriális GALE-izoformák UDP-GlcNAc-hoz is kötnek, melyet reverzibilisen UDP-GalNAc-ná képesek alakítani. Egy glikoziltranszferáz-család, az UDP-N-acetilgalaktózamin:polipeptid-N-acetilgalaktózamin-transzferázok (ppGaNTázok) GalNAc-t helyeznek át az UDP-GalNAc-ról a glikoproteinek szerinjeire és treoninjaira. A ppGaNTázmediált glikoziláció szabályozza a fehérjeelkülönítést, a ligandumjelzést, a proteolízisnek való ellenállást, és a mucin-bioszintézis első lépése. Klinikai jelentőség

A humán GALE-deficiencia vagy -diszfunkció III-as típusú galaktozémiát okoz, amely lehet enyhe (perifériás) vagy súlyos (generalizált). Jegyzetek

Fordítás

Források

További információk GeneReviews/NCBI/NIH/UW entry on Epimerase Deficiency Galactosemia OMIM entries on Epimerase Deficiency Galactosemia