UTP—glucose-1-phosphate uridylyltransferase
यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफरेज़ जिसे ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफरेज़ (या यू. डी. पी.-ग्लूकोज पायरोफॉस्फोरिलेज़) के रूप में भी जाना जाता है, कार्बोहाइड्रेट चयापचय में शामिल एक एंजाइम है। यह ग्लूकोज-1-फॉस्फेट और यू. टी. पी. से यू. डी. पी.-ग्लूकोज का संश्लेषण करता है; अर्थात, ग्लूकोज-1-फॉस्फेट + यू. टी. पी. यू. डी. पी.-ग्लूकोज + पायरोफॉस्फेट यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरीडायलिलट्रांसफेरेज तीनों क्षेत्रों (बैक्टीरिया, यूकेरिया और आर्किया) में पाया जाने वाला एक एंजाइम है क्योंकि यह ग्लाइकोजेनेसिस और कोशिका भित्ति संश्लेषण में एक प्रमुख खिलाड़ी है। चीनी चयापचय में इसकी भूमिका का पौधों में बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है ताकि पौधों के विकास को समझा जा सके और कृषि उत्पादन में वृद्धि हो सके। हाल ही में, मानव यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफेरेज का अध्ययन और क्रिस्टलीकरण किया गया है, जो पहले अध्ययन किए गए अन्य जीवों की तुलना में एक अलग प्रकार के विनियमन का खुलासा करता है। इसका महत्व यूडीपी-ग्लूकोज के कई उपयोगों से प्राप्त होता है जिसमें गैलेक्टोज चयापचय, ग्लाइकोजन संश्लेषण, ग्लाइकोप्रोटीन संश्लेषण और ग्लाइकोलिपिड संश्लेषण शामिल हैं। संरचना यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडायलिलट्रांसफेरेज की संरचना प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स के बीच काफी अलग है, लेकिन यूकेरियोट्स के भीतर, एंजाइम की प्राथमिक, माध्यमिक और तृतीयक संरचनाएं काफी संरक्षित हैं। कई प्रजातियों में, यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडायलिलट्रांसफरेज़ एक समरूपी संरचना में समान उप-इकाइयों से युक्त एक समरूपी के रूप में पाया जाता है। उप-इकाइयों की संख्या प्रजातियों में भिन्न होती हैः उदाहरण के लिए, एस्चेरिचिया कोलाई में, एंजाइम एक टेट्रामर के रूप में पाया जाता है, जबकि बुर्खहोल्डेरिया ज़ेनोवोरन्स में, एंजाइम डायमेरिक होता है। मनुष्यों और खमीर में, एंजाइम एक ऑक्टेमर के रूप में सक्रिय होता है जिसमें दो टेट्रामर होते हैं जो उप-इकाइयों के बीच इंटरफेस पर संरक्षित हाइड्रोफोबिक अवशेषों के साथ एक दूसरे पर ढेर होते हैं। इसके विपरीत, पौधों में एंजाइम ने आवेशित अवशेषों को संरक्षित किया है जो उप-इकाइयों के बीच अंतरफलक बनाते हैं। मनुष्यों में, प्रत्येक एंजाइम उप-इकाई में कई अवशेष (L113, N251, और N328) होते हैं जो यूकेरियोट्स में अत्यधिक संरक्षित होते हैं। एक रॉसमैन फोल्ड मोटिफ यू. टी. पी. न्यूक्लियोटाइड के बंधन में भाग लेता है और एक शुगर-बाइंडिंग डोमेन (अवशेष टी286-जी293) ग्लूकोज रिंग के साथ समन्वय करता है। सक्रिय साइट (जो यूकेरियोट्स में संरक्षित है) वाले एंजाइम के क्षेत्र में एक मिसेंस उत्परिवर्तन (जी115डी) विट्रो में एंजाइमेटिक गतिविधि में नाटकीय कमी का कारण बनता है। यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडायलिलट्रांसफेरेज गतिविधि के साथ प्रोटीन को कूटबद्ध करने वाले मानव जीन के उदाहरणों में क्रमशः 56.9 और 55.7 के. डी. ए. के आणविक भार वाले दो समरूप शामिल हैं। फंक्शन यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडायलिलट्रांसफेरेज कार्बोहाइड्रेट चयापचय में एक केंद्रीय यौगिक, यू. डी. पी.-ग्लूकोज के उत्पादन में अपनी महत्वपूर्ण भूमिका के कारण प्रकृति में सर्वव्यापी है। पौधों की पत्तियों में, यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफेरेज सुक्रोज जैवसंश्लेषण मार्ग का एक प्रमुख हिस्सा है, जो सुक्रोज-फॉस्फेट सिंथेस को यूरिडिन डाइफॉस्फेट ग्लूकोज की आपूर्ति करता है जो यू. डी. पी.-ग्लूकोज और डी-फ्रुक्टोज 6-फॉस्फेट को सुक्रोज-6-फॉस्फेट में परिवर्तित करता है। यह यू. डी. पी.-ग्लूकोज का उपयोग करके अन्य ऊतकों में सुक्रोज के टूटने के लिए भी आंशिक रूप से जिम्मेदार हो सकता है। उच्चतर जानवरों में, एंजाइम यकृत और मांसपेशियों सहित ग्लाइकोजेनेसिस में शामिल ऊतकों में अत्यधिक सक्रिय होता है। एक अपवाद मस्तिष्क है, जिसमें ग्लाइकोजन का उच्च स्तर होता है लेकिन यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफेरेज की कम विशिष्ट गतिविधि होती है। पशु कोशिकाओं में, यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफेरेज मुख्य रूप से कोशिका द्रव्य में पाया जाता है। जानवरों और सूक्ष्मजीवों में गैलेक्टोज चयापचय के लिए यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफेरेज की भी आवश्यकता होती है। गैलेक्टोज चयापचय में, एंजाइम गैलेक्टोज 1-फॉस्फेट यूरीडायलट्रांसफेरेज यूडीपी-गैलेक्टोज का उत्पादन करने के लिए यूडीपी-ग्लूकोज से गैलेक्टोज 1-फॉस्फेट में एक फॉस्फेट को स्थानांतरित करता है, जिसे फिर यूडीपी-ग्लूकोज में परिवर्तित किया जाता है। दोषपूर्ण यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडायलिलट्रांसफेरेज वाले बैक्टीरिया अपनी कोशिका दीवारों में गैलेक्टोज को शामिल करने में असमर्थ होते हैं। तंत्र इस एंजाइम की प्राथमिक प्रतिक्रिया में, ग्लूकोज-1-फॉस्फेट पर फॉस्फेट समूह यू. टी. पी. पर फॉस्फोनहाइड्राइड बंधन को प्रतिस्थापित करता है। यह प्रतिक्रिया आसानी से प्रतिवर्ती है और गिब्स मुक्त ऊर्जा शून्य के करीब है। हालांकि, विशिष्ट कोशिकीय स्थितियों में, अकार्बनिक पायरोफॉस्फेट जल्दी से पायरोफॉस्फेट उत्पाद को हाइड्रोलाइज करता है और ली चैटेलियर के सिद्धांत द्वारा प्रतिक्रिया को आगे बढ़ाता है। यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडायलिलट्रांसफेरेज आगे और पीछे दोनों प्रतिक्रियाओं के लिए एक क्रमबद्ध अनुक्रमिक बी. बी. तंत्र का उपयोग करता है। खमीर में, एंजाइम सरल माइकलिस-मेंटेन कैनेटीक्स का अनुसरण करता है और ऑक्टेमर में उप-इकाइयों के बीच सहयोगात्मकता प्रदर्शित नहीं करता है। अन्य चीनी न्यूक्लियोटिडिलट्रांसफरेसेस के समान, यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफरेज़ गतिविधि को नकारात्मक रूप से आवेशित फॉस्फेट समूहों के बंधन को स्थिर करने के लिए दो द्विवेलेंट कैटायन की आवश्यकता होती है। मैग्नीशियम आम तौर पर इस भूमिका में कार्य करता है, लेकिन अन्य आयन जैसे मैंगनीज (II), कोबाल्ट (II), और निकल (II) भी इष्टतम गतिविधि में ~75% कमी के साथ प्रतिस्थापित कर सकते हैं। एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी प्रयोगों से पता चला है कि एक एम. जी. 2 + आयन का समन्वय ग्लूकोज 1-फॉस्फेट पर एक फॉस्फोरिल ऑक्सीजन और यू. टी. पी. पर एक α-फॉस्फोरिल ऑक्सीजन द्वारा किया जाता है। नकारात्मक रूप से आवेशित फॉस्फेट को स्थिर करने के अलावा, Mg2 + को UTP के α-फॉस्फोरस के न्यूक्लियोफिलिक हमले के लिए ग्लूकोज 1-फॉस्फेट को उन्मुख करने के लिए सोचा जाता है। हालांकि विभिन्न प्रजातियों में कार्यात्मक रूप से समान, यू. डी. पी.-ग्लूकोज पायरोफॉस्फोरिलेस की विभिन्न जीवों में अलग-अलग संरचनाएं और विनियमन तंत्र हैं। सूक्ष्मजीव खमीर में, यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफेरेज को पी. ए. एस. किनेज द्वारा फॉस्फोराइलेशन द्वारा नियंत्रित किया जाता है। यह फॉस्फोराइलेशन प्रतिवर्ती है और ग्लाइकोजन और कोशिका भित्ति संश्लेषण की ओर शर्करा प्रवाह के विभाजन को नियंत्रित करता है। पौधों में यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफेरेज को ऑलिगोमेराइजेशन और संभवतः फॉस्फोराइलेशन के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है। जौ में, यह दिखाया गया है कि यूडीपी-ग्लूकोज पायरोफॉस्फोराइलेज केवल मोनोमेरिक रूप में सक्रिय है लेकिन आसानी से ऑलिगोमर्स बनाता है, यह सुझाव देते हुए कि ऑलिगोमेराइजेशन एंजाइम के विनियमन का एक रूप हो सकता है। चावल में, शीत तनाव एंजाइम के एन-ग्लाइकोसिलेशन को कम कर देता है, जिसके बारे में सोचा जाता है कि यह ठंड के जवाब में एंजाइम की गतिविधि को बदल देता है। अरबीडॉप्सिस में, यू. टी. पी. के दो समरूप होते हैं-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरीडायलिलट्रांसफेरेजः यू. जी. पी. 1 और यू. जी. पी. 2। इन दोनों समस्थानिकों की गतिविधियाँ लगभग समान होती हैं और केवल 32 अमीनो एसिड में भिन्न होती हैं, जो सभी सक्रिय स्थल से दूर प्रोटीन की बाहरी सतह पर स्थित होते हैं। ये मामूली अंतर आइसोज़ाइम गतिविधि के विभेदक एलोस्टेरिक विनियमन की अनुमति दे सकते हैं। यू. जी. पी. 1 और यू. जी. पी. 2 को संयंत्र के विभिन्न हिस्सों में अलग-अलग व्यक्त किया जाता है। यू. जी. पी. 1 अभिव्यक्ति अधिकांश ऊतकों में व्यापक रूप से व्यक्त की जाती है जबकि यू. जी. पी. 2 मुख्य रूप से फूलों में व्यक्त की जाती है, यह सुझाव देते हुए कि यू. जी. पी. 1 एंजाइम का प्रमुख रूप है और यू. जी. पी. 2 एक सहायक कार्य करता है। वास्तव में, यू. जी. पी. 2 अभिव्यक्ति को फॉस्फेट की कमी जैसे तनाव कारकों की प्रतिक्रिया में बढ़ाया जाता है, जो दर्शाता है कि यू. जी. पी. 2 संभवतः यू. जी. पी. 1 के लिए एक समर्थन के रूप में कार्य करता है जब पौधा पर्यावरणीय तनाव में होता है। पशु यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडायलिलट्रांसफेरेज गतिविधि का नियंत्रण मुख्य रूप से आनुवंशिक साधनों (अर्थात। प्रतिलेखन और अनुवाद का विनियमन)। अधिकांश एंजाइमों के समान, यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडायलिलट्रांसफेरेज इसके उत्पाद, यू. डी. पी.-ग्लूकोज द्वारा बाधित होता है। हालांकि, एंजाइम महत्वपूर्ण एलोस्टेरिक विनियमन के अधीन नहीं है, जो विभिन्न चयापचय मार्गों में यूडीपी-ग्लूकोज के व्यापक उपयोग को देखते हुए तार्किक है। मनुष्यों में, यू. डी. पी.-ग्लूकोज पायरोफॉस्फोरिलेस एक ऑक्टेमर के रूप में सक्रिय है। एन्जाइम की गतिविधि को ओ-ग्लाइकोसिलेशन द्वारा भी संशोधित किया जाता है। अन्य स्तनधारी प्रजातियों के समान, मनुष्यों में दो अलग-अलग समरूप होते हैं जो जीन के वैकल्पिक विभाजन से उत्पन्न होते हैं। आइसोफॉर्म एन-टर्मिनस पर केवल 11 एमिनो एसिड से भिन्न होते हैं और उनकी कार्यात्मक गतिविधि में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं पाया गया है। मनुष्यों में, गैलेक्टोसीमिया एक विकार है जो नवजात शिशुओं और बच्चों के विकास को प्रभावित करता है क्योंकि वे चीनी गैलेक्टोज को ठीक से चयापचय नहीं कर सकते हैं। यह अनुमान लगाया जाता है कि यू. डी. पी.-ग्लूकोज पायरोफॉस्फोरिलेस की अत्यधिक अभिव्यक्ति गैलेक्टोसेमिया वाले मनुष्यों में लक्षणों को दूर कर सकती है। कैंसर कोशिकाओं में, जिनमें आमतौर पर ग्लाइकोलाइसिस की उच्च दर होती है और ग्लाइकोजन सामग्री में कमी होती है, यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडाइलिलट्रांसफेरेज की गतिविधि को अक्सर सामान्य कोशिकाओं की तुलना में 50-60% तक कम किया जाता है। यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडायलिलट्रांसफेरेज की असामान्य रूप से कम गतिविधि एंजाइम के स्तर में कमी और ग्लाइकोजन सिंथेस और फॉस्फोग्लूकोम्यूटेज सहित ग्लाइकोजनिक मार्ग में अन्य एंजाइमों के डाउनरेगुलेशन के कारण होती है। यू. टी. पी.-ग्लूकोज-1-फॉस्फेट यूरिडायलिलट्रांसफेरेज बैक्टीरिया और प्रोटोजोआ सहित विभिन्न प्रकार के रोगजनकों में एक महत्वपूर्ण विषाणु कारक पाया गया है। उदाहरण के लिए, कैप्सुलर पॉलीसेकेराइड के जैव संश्लेषण के लिए एंजाइम की आवश्यकता पाई गई है, जो स्ट्रेप्टोकोकस निमोनिया का एक महत्वपूर्ण विषाणु कारक है, जो निमोनिया, ब्रोंकाइटिस और सांस लेने की अन्य समस्याओं का एक जीवाणु कारण है। नतीजतन, एंजाइम ने फार्मास्यूटिकल्स के लिए एक संभावित लक्ष्य के रूप में ध्यान आकर्षित किया है। हालांकि, विशिष्टता प्राप्त करने के लिए, दवाओं को विशेष रूप से प्रोटीन की सतह पर एलोस्टेरिक साइटों को लक्षित करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए क्योंकि सक्रिय साइट सभी प्रजातियों में अत्यधिक संरक्षित है। यू. डी. पी.-ग्लूकोज पायरोफॉस्फोरिलेस (यू. जी. पी. 2) को हाल ही में मनुष्यों में नोवेल न्यूरोडेवलपमेंटल डिसऑर्डर में फंसाया गया था, जिसे बाराकट-पेरेन्थेलर सिंड्रोम के रूप में भी जाना जाता है। इस विकार को पहली बार 15 परिवारों के 22 व्यक्तियों में वर्णित किया गया था, जो एक गंभीर मिरगी एन्सेफैलोपैथी, लगभग सभी विकासात्मक मील के पत्थर की अनुपस्थिति के साथ न्यूरोडेवलपमेंटल देरी, अव्यवस्थित दौरे, प्रगतिशील माइक्रोसेफली, दृश्य गड़बड़ी और इसी तरह के मामूली डिस्मोर्फिज्म के साथ प्रस्तुत करता है। बरकत और उनके सहयोगियों ने सभी प्रभावित व्यक्तियों (chr 2:64083454 A> G) में एक आवर्ती सजातीय उत्परिवर्तन की पहचान की, जो यू. जी. पी. 2 के छोटे प्रोटीन आइसोफॉर्म के ट्रांसलेशनल स्टार्ट साइट को उत्परिवर्तित करता है। इसलिए, होमोजाइगस उत्परिवर्तन को आश्रय देने वाले रोगियों में छोटे प्रोटीन आइसोफॉर्म का उत्पादन नहीं किया जा सकता है। एक ही समूह के कार्यात्मक अध्ययनों से पता चला है कि लघु प्रोटीन आइसोफॉर्म आमतौर पर मुख्य रूप से मानव मस्तिष्क में व्यक्त किया जाता है। इसलिए, आवर्ती उत्परिवर्तन मस्तिष्क में यू. जी. पी. 2 की ऊतक-विशिष्ट अनुपस्थिति की ओर ले जाता है, जिससे परिवर्तित ग्लाइकोजन चयापचय, अनियंत्रित अनफोल्डेड प्रोटीन प्रतिक्रिया और समय से पहले न्यूरोनल विभेदन होता है। यू. जी. पी. 2 में अन्य द्वि-समान्तर कार्य-हानि उत्परिवर्तन संभावित रूप से घातक हैं, क्योंकि यू. जी. पी. 2 के छोटे और लंबे दोनों समरूपों से समाप्त मानव भ्रूण स्टेम कोशिकाएं कार्डियोमायोसाइट्स और रक्त कोशिकाओं में अंतर करने में विफल रहती हैं। इसलिए, इस नई बीमारी की पहचान से यह भी पता चलता है कि आइसोफॉर्म-विशिष्ट स्टार्ट-लॉस उत्परिवर्तन जो एक आवश्यक प्रोटीन के ऊतक-प्रासंगिक आइसोफॉर्म की अभिव्यक्ति हानि का कारण बनता है, एक आनुवंशिक बीमारी का कारण बन सकता है, भले ही एक जीव-व्यापी प्रोटीन की अनुपस्थिति जीवन के साथ असंगत हो। बरकत-पेरेन्थेलर सिंड्रोम के लिए वर्तमान में कोई चिकित्सा मौजूद नहीं है। संदर्भ बाहरी लिंक ईसी 2.7.7