UDP-glucosa 4-epimerasa

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La enzima UDP-glucosa 4-epimerasa (EC 5.1.3.2), también conocida como UDP-galactosa 4-epimerasa o GALE, es una epimerasa homodímera presente en células bacterianas, fúngicas, vegetales y de mamíferos. Esta enzima realiza el paso final de la vía de Leloir del metabolismo de la galactosa, catalizando la conversión reversible de UDP-galactosa en UDP-glucosa. GALE se une estrechamente al dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD+), un cofactor necesario para la actividad catalítica.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.

Significado histórico

El Dr. Luis Leloir dedujo la función de GALE en el metabolismo de la galactosa durante su periodo en el Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Fundación Campomar, denominándola inicialmente waldenasa. El Dr. Leloir recibió el Premio Nobel de Química en 1970 por su descubrimiento de los nucleótidos de azúcar y su papel en la biosíntesis de carbohidratos.

Estructura

GALE pertenece a la superfamilia de proteínas deshidrogenasas/reductasas de cadena corta (SDR). Esta familia se caracteriza por un motivo Tyr-X-X-X-Lys conservado, necesario para la actividad enzimática; uno o más andamiajes de plegamiento de Rossmann; y la capacidad de unirse a NAD+.

Estructura terciaria

La estructura de GALE se ha resuelto para varias especies, incluyendo E. coli y humanos. GALE existe como homodímero en varias especies.Si bien el tamaño de las subunidades varía de 68 aminoácidos (Enterococcus faecalis) a 564 aminoácidos (Rhodococcus jostii), la mayoría de las subunidades de GALE se agrupan en torno a los 330 aminoácidos. Cada subunidad contiene dos dominios distintos. Un dominio N-terminal contiene una lámina β-plegada paralela de siete cadenas, flanqueada por hélices α. Los pliegues de Rossmann pareados dentro de este dominio permiten que GALE se una firmemente a un cofactor NAD+ por subunidad. Una lámina β de seis cadenas y cinco hélices α componen el dominio C-terminal de GALE. Los residuos C-terminales se unen a UDP, de modo que la subunidad es responsable de posicionar correctamente la UDP-glucosa o la UDP-galactosa para la catálisis.

Sitio activo

La hendidura entre los dominios N- y C-terminales de GALE constituye el sitio activo de la enzima. Un motivo Tyr-X-X-X Lys conservado es necesario para la actividad catalítica de GALE; en humanos, este motivo está representado por Tyr 157-Gly-Lys-Ser-Lys 161, mientras que GALE en E. coli contiene Tyr 149-Gly-Lys-Ser-Lys 153. El tamaño y la forma del sitio activo de GALE varían según la especie, lo que permite una especificidad de sustrato variable. Además, la conformación del sitio activo dentro de una GALE específica de especie es maleable; por ejemplo, un voluminoso grupo UDP-GlcNAc 2' N-acetilo se acomoda dentro del sitio activo de GALE humano mediante la rotación de la cadena lateral de carboxamida Asn 207.
Conocido E. coli Interacciones de residuos GALE con UDP-glucosa y UDP-galactose.
Residue Función
Ala 216, Phe 218Ancla de uracil ancla a enzima.
Asp 295Interactúas con grupo hidroxil de 2' de ribosa.
Asn 179, Arg 231, Arg 292Interactar con grupos de fosfato UDP.
Tyr 299, Asn 179Interactuar con el grupo hidroxil de galactosa 2' o glucosa 6' de hidroxilo; colocar correctamente el azúcar dentro del sitio activo.
Tyr 177, Phe 178Interactúa con el grupo hidroxil de galactosa 3' o glucosa 6' de hidroxilo; coloca correctamente el azúcar dentro del sitio activo.
Lys 153Baja pKa de Tyr 149, permite la abstracción o donación de un átomo de hidrógeno a o desde el grupo hidroxil de 4' de azúcar.
Tyr 149Abstractos o dona un átomo de hidrógeno al grupo hidroxil de 4' de azúcar, catalizando la formación de intermedio de 4-quetopyranose.

Mecanismo

Conversion of UDP-galactose to UDP-glucose

GALE invierte la configuración del grupo hidroxilo 4' de la UDP-galactosa mediante una serie de cuatro pasos. Al unirse a la UDP-galactosa, un residuo de tirosina conservado en el sitio activo extrae un protón del grupo hidroxilo 4'.Al mismo tiempo, el hidruro 4' se añade a la cara si del NAD+, generando NADH y un intermediario de 4-cetopiranosa. El intermediario de 4-cetopiranosa gira 180° alrededor del enlace pirofosforilo entre el oxígeno del glicosilo y el átomo de β-fósforo, presentando la cara opuesta del intermediario de cetopiranosa al NADH. La transferencia de hidruro del NADH a esta cara opuesta invierte la estereoquímica del centro 4'. El residuo de tirosina conservado dona entonces su protón, regenerando el grupo hidroxilo 4'.

Conversión de UDP-GlcNAc a UDP-GalNAc

Las isoformas de GALE humanas y algunas bacterianas catalizan reversiblemente la conversión de UDP-GlcNAc en UDP-GalNAc mediante un mecanismo idéntico, invirtiendo la configuración estereoquímica en el grupo hidroxilo 4' del azúcar.

Función biológica

Steps in the Leloir pathway of galactose metabolism.
Intermedios y enzimas en la vía Leloir del metabolismo de la galactosa.

metabolismo de la galactosa

No existen vías catabólicas directas para el metabolismo de la galactosa. Por lo tanto, esta se convierte preferentemente en glucosa-1-fosfato, que puede desviarse hacia la glucólisis o la síntesis de inositol.GALE funciona como una de las cuatro enzimas en la vía Leloir para la conversión de galactosa a glucosa-1-fosfato. Primero, la galactosa mutarotasa convierte la β-D-galactosa en α-D-galactosa. Luego, la galactoquinasa fosforila la α-D-galactosa en el grupo hidroxilo 1', produciendo galactosa-1-fosfato. En el tercer paso, la galactosa-1-fosfato uridiltransferasa cataliza la transferencia reversible de una fracción UMP de UDP-glucosa a galactosa-1-fosfato, generando UDP-galactosa y glucosa-1-fosfato. En el último paso de Leloir, GALE regenera la UDP-glucosa a partir de UDP-galactosa; la UDP-glucosa regresa al tercer paso de la vía. De esta manera, GALE regenera un sustrato necesario para el ciclo continuo de la vía 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 conduce a la producción de ATP y piruvato. Además, la glucosa-6-fosfato puede ser convertida a inositol-1-fosfato por la inositol-3-fosfato sintasa, generando un precursor necesario para la biosíntesis de inositol.

síntesis UDP-GalNAc

Las isoformas de GALE humanas y bacterianas seleccionadas se unen a UDP-GlcNAc, catalizando reversiblemente su conversión a UDP-GalNAc. Una familia de glicosiltransferasas conocidas como UDP-N-acetilgalactosamina:polipéptido N-acetilgalactosamina transferasas (ppGaNTasas) transfiere GalNAc desde UDP-GalNAc a residuos de glicoproteína serina y treonina. La glicosilación mediada por ppGaNTasa regula la clasificación de proteínas, la señalización de ligandos, la resistencia al ataque proteolítico y representa el primer paso en la biosíntesis de mucina.

Papel en la enfermedad

La deficiencia o disfunción de GALE en humanos da lugar a galactosemia tipo III, que puede presentarse en forma leve (periférica) o más grave (generalizada).

Referencias

  1. ^ a b c d e f h i j k Holden HM, Rayment I, Thoden JB (noviembre de 2003). "Strutura y función de las enzimas de la vía Leloir para el metabolismo de la galactosa". J. Biol. Chem. 278 (45): 43885 –8. doi:10.1074/jbc.R300025200. PMID 12923184.
  2. ^ a b Liu Y, Vanhooke JL, Frey PA (junio de 1996). "UDP-galactose 4-epimerase: contenido NAD+ y una banda de transferencia de carga asociada con la transición conformacional inducida por sustratos". Bioquímica. 35 (23): 7615–20. doi:10.1021/bi960102v. PMID 8652544.
  3. ^ a b c d Thoden JB, Wohlers TM, Fridovich-Keil JL, Holden HM (mayo de 2001). "Human UDP-galactose 4-epimerase. Alojamiento de UDP-N-acetylglucosamine dentro del sitio activo". J. Biol. Chem. 276 (18): 15131–6. doi:10.1074/jbc.M100220200. PMID 11279032.
  4. ^ LELOIR LF (septiembre de 1951). "La transformación enzimática de la glucosa difosfata de uridina en un derivado de la galactosa". Arch Biochem. 33 2): 186–90. doi:10.1016/0003-9861(51)90096-3.11336/140700. PMID 14885999.
  5. ^ "El Premio Nobel de Química 1970" La Real Academia Sueca de Ciencias. 1970. Retrieved 2010-05-17.
  6. ^ a b c d Kavanagh KL, Jörnvall H, Persson B, Oppermann U (diciembre de 2008). "Medium- and short-chain dehydrogenase/reductase gene and protein families: the SDR superfamily: functional and structural diversity within a family of metabolic and regulatory enzimas". Celular. Mol.. 65 (24): 3895 –906. doi:10.1007/s00018-008-8588-y. PMC 2792337. PMID 19011750.
  7. ^ a b PDB: 1EK5; Thoden JB, Wohlers TM, Fridovich-Keil JL, Holden HM (mayo de 2000). "Evidencia Cristallográfica para Tyr 157 funcionando como la base activa del sitio en UDP-galactose humana 4-epimerasa". Bioquímica. 39 (19): 5691–701. doi:10.1021/bi000215l. PMID 10801319.
  8. ^ a b c PDB: 1XEL; Thoden JB, Frey PA, Holden HM (abril de 1996). "La estructura molecular del complejo abortivo NADH/UDP-glucosa de UDP-galactose 4-epimerasa de Escherichia coli: implicaciones para el mecanismo catalítico". Bioquímica. 35 (16): 5137 –44. doi:10.1021/bi9601114. PMID 8611497.
  9. ^ PDB: 1A9Z; Thoden JB, Holden HM (agosto de 1998). "Diferencias dramáticas en la unión de UDP-galactose y UDP-glucose a UDP-galactose 4-epimerase de Escherichia coli". Bioquímica. 37 (33): 11469 –77. doi:10.1021/bi9808969. PMID 9708982.
  10. ^ a b Liu Y, Thoden JB, Kim J, Berger E, Gulick AM, Ruzicka FJ, Holden HM, Frey PA (septiembre de 1997). "Papeles mecánicos de la tirosina 149 y serina 124 en la galactosa UDP 4-epimerasa de Escherichia coli". Bioquímica. 36 (35): 10675–84. doi:10.1021/bi970430a. PMID 9271498.
  11. ^ Kingsley DM, Kozarsky KF, Hobbie L, Krieger M (marzo de 1986). "Defectos revisibles en la glucosilación o-vinculada y la expresión del receptor LDL en un mutante deficiente UDP-Gal/UDP-GalNAc 4-epimerasa". Celular. 44 5): 749 –59. doi:10.1016/0092-8674(86)90841-X. PMID 3948246. S2CID 28293937.
  12. ^ a b Lai K, Elsas LJ, Wierenga KJ (noviembre de 2009). "Galactosa toxicidad en animales". IUBMB Vida. 61 (11): 1063 –74. doi:10.1002/iub.262. PMC 2788023. PMID 19859980.
  13. ^ Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. (2008). Bioquímica (Looseleaf). San Francisco: W. H. Freeman. pp. 443–58. ISBN 9780716718437.
  14. ^ Michell RH (febrero de 2008). "De derivados del inositol: evolución y funciones". Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 9 2): 151 –61. doi:10.1038/nrm2334. PMID 18216771. S2CID 3245927.
  15. ^ a b Diez Hagen KG, Fritz TA, Tabak LA (enero de 2003). "Todo en la familia: el UDP-GalNAc:polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferases". Glycobiology. 13 1): 1R – 16R. doi:10.1093/glycob/cwg007. PMID 12634319.
  16. ^ Alfalah M, Jacob R, Preuss U, Zimmer KP, Naim H, Naim HY (junio de 1999). "Los glucanos conectados median la clasificación apical de la sucrasa intestinal humana a través de la asociación con balsas lípidos". Curr. Biol. 9 (11): 593 –6. Bibcode:1999CBio....9..593A. doi:10.1016/S0960-9822(99)80263-2PMID 10359703. S2CID 16866875.
  17. ^ Altschuler Y, Kinlough CL, Poland PA, Bruns JB, Apodaca G, Weisz OA, Hughey RP (Marzo 2000). "La endocitosis mediada por la clorina de MUC1 es modulada por su estado de glicosilación". Mol. Biol. Celular. 11 3): 819 –31. doi:10.1091/mbc.11.3.819. PMC 14813. PMID 10712502.
  18. ^ Breuza L, García M, Delgrossi MH, Le Bivic A (febrero de 2002). "Role of the membrana-proximal O-glycosylation site in sorting of the human receive for neurotrophins to the apical membrana of MDCK cells". Exp. Cell Res. 273 2): 178 –86. doi:10.1006/excr.2001.5442. PMID 11822873.
  19. ^ Naim HY, Joberty G, Alfalah M, Jacob R (junio de 1999). "Asociación temporal de los eventos de glucosilación N- y O-linked y su implicación en la clasificación polarizada del pincel intestinal frontera sucrase-isomaltase, aminopeptidase N, y dipeptidyl peptidase IV". J. Biol. Chem. 274 (25): 17961–7. doi:10.1074/jbc.274.25.17961. PMID 10364244.
  20. ^ Zheng X, Sadler JE (marzo de 2002). "El dominio similar a la mucina de enteropeptidase dirige ataques apicales en células renales caninas de Madin-Darby". J. Biol. Chem. 277 (9): 6858–63. doi:10.1074/jbc.M109857200. PMID 11878264.
  21. ^ Hooper LV, Gordon JI (febrero de 2001). "Glycans como legisladores de interacciones anfitrionas-microbianas: abarcando el espectro de la simbiosis a la patogenicidad". 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 (junio de 2001). "Receptores de homing linfocitos sulfizados noveles y su control por una beta de extensión Core1 1,3-N-acetilglucosaminyltransferase". Celular. 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 (octubre de 2000). "Insights into the molecular basis of leukocyte tethering and rolling revealed by structures of P- and E-selectin bound to SLe(X) and PSGL-1". Celular. 103 3): 467 –79. doi:10.1016/S0092-8674(00)00138-0PMID 11081633. S2CID 12719907.
  24. ^ Sauer J, Sigurskjold BW, Christensen U, Frandsen TP, Mirgorodskaya E, Harrison M, Roepstorff P, Svensson B (diciembre de 2000). "Glucoamylase: relaciones de estructura/función e ingeniería de proteínas". Biochim. Biofias. 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 (junio de 2001). "Elucidación estructural de los N- y los O-glicanos de la apolipoproteína humana (a): papel de los o-glicanos en la concesión de la resistencia a la proteasa". J. Biol. Chem. 276 (25): 22200–8. doi:10.1074/jbc.M102150200. PMID 11294842.

Más lectura

  • Leloir LF (1953). "Enzimic Isomerization and Related Processes". Avances en Enzimología y Áreas Relacionadas de Biología Molecular. Avances en Enzimología - y áreas relacionadas de la biología molecular. Vol. 14. pp. 193 –218. doi:10.1002/9780470122594.ch6. ISBN 9780470122594. PMID 13057717. {{cite book}}: ISBN / Fecha incompatibilidad (ayuda); |journal= ignorado (ayuda)
  • Maxwell ES, de Robichon-Szulmajster H (1960). "Purificación de la galactosa de difosfato de uridina-4-epimerasa de levadura y la identificación de la nucleótido de difosfopiridina con proteínas". J. Biol. Chem. 235 2): 308–312. doi:10.1016/S0021-9258(18)69520-1.
  • Wilson DB, Hogness DS (agosto de 1964). "Las enzimas del operón de galactosa en Escherichia coli. I Purificación y caracterización de uridina diphosphogalactose 4-epimerasa". J. Biol. Chem. 239: 2469 –81. doi:10.1016/S0021-9258(18)93876-7. PMID 14235524.
  • GeneReviews/NCBI/NIH/UW in Epimerase Deficiency Galactosemia
  • Entradas de OMIM en la galactosemia de deficiencia de epimerasa
  • UDPgalactose+4-Epimerase at the U.S. National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
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