Galactosyltransferase

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Galactose

Galactose wird über mehrere Verknüpfungen an Akzeptorstrukturen von Galactosyltransferase-Enzymen übertragen. In Prokaryoten kommt Galactose hauptsächlich auf Lipopolysacchariden und Kapselpolysacchariden vor. In Eukaryoten sind Galactosyltransferasen, die im Golgi-Apparat lokalisiert sind, an der Bildung mehrerer Klassen von Glykokonjugaten und an der Laktosebiosynthese beteiligt. Obwohl sie manchmal identische Reaktionen katalysieren, teilen prokaryotische und eukaryotische Galactosyltransferasen nur wenige strukturelle Ähnlichkeiten. Bei Säugetieren wurden bis heute 19 verschiedene Galactosyltransferase-Enzyme charakterisiert. Diese Enzyme katalysieren die Übertragung von Galactose über β1-4-, β1-3-, α1-3- und α1-4-Verknüpfungen.

Abbildung 1. Proteinstruktur von Galactose.

Galactose-Funktionen im menschlichen Körper

Im menschlichen Körper wird der größte Teil der aufgenommenen Galactose in Glucose umgewandelt, die 4,1 Kilokalorien pro Gramm Energie liefern kann, was etwa dem von Saccharose entspricht. Galactose kann an Glucose binden, um Laktose (in Muttermilch) zu bilden, an Lipide, um Glykolipide (zum Beispiel Moleküle, die die Blutgruppen A, B und AB ausmachen) zu bilden, oder an Proteine, um Glykoproteine (zum Beispiel in Zellmembranen) zu bilden.

Galactose-Quellen

Die Hauptnahrungsquelle für Galactose ist Laktose aus Milch und Joghurt, die zu Galactose und Glucose verdaut wird. Lebensmittel, die kleine Mengen freier Galactose enthalten, sind laktosefreie oder laktosearme Milch, bestimmte Joghurts, Käse, Sahne, Eiscreme und andere Lebensmittel, die künstlich mit Galactose gesüßt sind. Unverarbeitete natürliche Lebensmittel (Obst, Gemüse, Nüsse, Getreide, frisches Fleisch, Eier, Milch) enthalten normalerweise weniger als 0,3 g Galactose pro Portion.

Galactose-Absorption

Galactose wird im Dünndarm auf die gleiche Weise wie Glucose absorbiert, nämlich mit Hilfe der Transportproteine SGLT-1 und GLUT-2 in der Dünndarmwand.

Galactosyltransferase ist eine Glykosyltransferase, die die Übertragung von Galactose katalysiert. Ein Beispiel ist B-N-acetylglucosaminyl-glycopeptid b-1,4-galactosyltransferase.

Galactosyltransferase

Die Biosynthese von Disacchariden, Oligosacchariden und Polysacchariden umfasst die Wirkung von Hunderten verschiedener Glykosyltransferasen. Diese Enzyme katalysieren die Übertragung von Zuckermolekülen von aktivierten Donormolekülen auf spezifische Akzeptormoleküle und bilden glykosidische Bindungen. Die Klassifizierung von Glykosyltransferasen in verschiedene sequenzbasierte Familien unter Verwendung von Nucleotid-Diphosphat-Zuckern, Nucleotid-Monophosphat-Zuckern und Zuckerphosphatestern sowie verwandten Proteinen wurde beschrieben. Diese Kategorie kann auf der CAZy (Carbohydrate-Active Enzyme) Website gefunden werden. Es wird erwartet, dass die gleiche dreidimensionale Faltung in jedem Haushalt auftritt. Da die 3D-Struktur stärker konserviert ist als die Sequenz, können mehrere Familien, die auf Sequenzähnlichkeit basieren, ähnliche 3D-Strukturen aufweisen und somit einen "Clan" bilden.

Abbildung 2. Galactosyltransferase.

Familie

Die Glykosyltransferase-Familie 31 umfasst Enzyme mit einer Reihe bekannter Aktivitäten; N-acetyllactosaminid-beta-1,3-N-acetylglucosaminyltransferase; beta-1,3-galactosyltransferase; fucose-spezifische beta-1,3-N-acetylglucosaminyltransferase; globotriosylceramid beta-1,3-GalNAc-Transferase.

β-1, 4-galactosyltransferase (GalTase)

β-1, 4-galactosyltransferase unterscheidet sich von anderen Glykosyltransferasen. Sie befindet sich auf der reifen Oberfläche des intrazellulären Golgi-Apparats und der Plasmamembran der Zelloberfläche und verhält sich anders. Im Golgi-Körper beteiligt sich GalTase, wie andere Glykosyltransferasen, an der Biosynthese von membrangebundenen und sekretorischen Zuckerkonplexen. An der Zelloberfläche beteiligt sich GalTase an Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionen als Erkennungs-Molekül.

Funktionen

• Funktion in der frühen Spermatogenese

Es gibt mehr Langform-GalTase-Transkripte, die Oberflächen-GalTase in spermatogenen Zellen kodieren, als Kurzform-Transkripte, was mit den Ergebnissen der indirekten Immunfluoreszenzdetektion von GalTase auf der Oberfläche von spermatogenen Zellen übereinstimmt. Während der frühen Spermatogenese kann die Zelloberflächen-GalTase, wie bei anderen Zelltypen, die Adhäsion zwischen spermatogenen Zellen und unterstützenden Zellen fördern.

• Funktion in der frühen embryonalen Entwicklung

Die Expression von GalTase wird durch das Allel am Ende des T/t-Komplexes auf dem Mauschromosom 17 reguliert. Die spezifische Aktivität von GalTase auf der Oberfläche von T/t-mutierten Zellen ist viermal so hoch wie die von normalen Zellen, während Embryonen, die homozygot für T/t-Mutationen sind, keine normale Maulbeer-Stadium und Blastozystenbildung erfahren können, sodass die Zelloberflächen-GalTase möglicherweise an der Präimplantationsinteraktion zwischen embryonalen Zellen und der frühen Entwicklung beteiligt ist.

• Funktion während der Befruchtung

Die GalTase auf dem Spermienkopf der Maus kann an die Oligosaccharidreste auf der Zona pellucida (ZP) binden, und die Oligosaccharidkette des Zona pellucida-Glykoproteins ZP3 verleiht der Zona pellucida die Fähigkeit, Spermien zu binden. Weitere Studien haben bestätigt, dass GalTase und ZP3 tatsächlich einen komplementären Gametenrezeptor darstellen, der die Bindung von Spermien und Eizellen vermittelt.

Zusammenfassung

Die Zelloberflächen-GalTase hat wichtige biologische Funktionen in der Zelladhäsion, Migration, Signaltransduktion und Proliferationskontrolle, und der molekulare Mechanismus ihrer Wirkung ist eine eingehende Untersuchung wert.