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Tritt Galaktose vor oder nach der Galaktosetransferase auf?

Tritt Galaktose vor oder nach der Galaktosetransferase auf?


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Das Folgende zeigt einen Proteinweg-Weg.

Die Frage ist "wo kommt Galaktose (GAL) zuerst vor" d.h. in welchem ​​Block oben ist Galactose zuerst enthalten?

Eine Transferase ist definiert als (Wikipedia):

Jedes Enzym aus einer Klasse von Enzymen, das die Übertragung spezifischer funktioneller Gruppen (z. B. einer Methyl- oder Glykosylgruppe) von einem Molekül (genannt Donor) auf ein anderes (genannt Akzeptor) bewirkt.

Diese Definition von Transferase ist verwirrend als:

  • Die Frage zeigt keine Funktionsgruppen, oder?
  • Daraus kann ich nicht herausfinden, ob die Galaktose-Transferase das Molekül ist, das der Donor oder der Akzeptor ist

Ich kann nicht entscheiden, ob Galactose zuerst in S (als Donor) vorkommt und bei Erreichen von T in einen Akzeptor überführt wird, oder ob ein anderer Donor nach S Galactose (als Akzeptor) bildet, wodurch T Galactose enthält.


Klassische Galaktosämie

Galaktosämie betrifft zwischen 1:16.000[1] bis 1:60.000[2] Personen.

Die klassische Galaktosämie (ORPHA79239) ist eine autosomal-rezessiv vererbte Stoffwechselerkrankung, die durch eine mangelhafte Aktivität der Galaktose-1-Phosphat-Uridyl-Transferase (GALT) als Folge von Mutationen im GALT Gen. GALT ist das zweite von drei Enzymen im Leloir-Stoffwechselweg – dem Hauptweg des Galactose-Stoffwechsels.

Galactose wird für den Energiestoffwechsel und die Glykosylierung komplexer Moleküle benötigt. Es kann auf zwei Arten gewonnen werden: entweder aus exogenen (Nahrungs-)Quellen wie Laktose aus Milchprodukten oder durch endogene Produktion. Ein Mangel an GALT-Enzym führt zur Akkumulation von Galactose und seinen Metaboliten im Körper und führt zu sekundären Glykosylierungsanomalien[3].

Fast alle in den USA geborenen Säuglinge mit Galaktosämie werden durch staatliche Neugeborenen-Screening-Programme diagnostiziert.

Die Symptome der Galaktosämie zeigen sich in den ersten Lebenswochen mit Anzeichen einer Leber- und Nierenerkrankung, Katarakt und einer Escherichia coli-Sepsis. Eine galaktosereduzierte Diät behebt die frühen Anzeichen einer Galaktosämie, kann jedoch die Entwicklung später auftretender Komplikationen nicht verhindern, wie z.

  • kognitive Beeinträchtigung
  • neurologische Folgen
  • Anomalien der Knochengesundheit
  • primäre Ovarialinsuffizienz (POI) mit anschließender Unfruchtbarkeit[3]

Fast jede Frau mit klassischer Galaktosämie entwickelt eine primäre Ovarialinsuffizienz (POI) als ernährungsunabhängige Komplikation der Erkrankung[4]. Der POI kann von Subfertilität über die frühe Entwicklung unregelmäßiger Menstruationszyklen und Unfruchtbarkeit bis hin zu primärer Amenorrhoe und dem Ausbleiben einer spontanen Pubertät variieren. Die Mechanismen, die eine Dysfunktion der Eierstöcke verursachen, sind unbekannt. Postulierte Mechanismen der ovariellen Dysfunktion umfassen:

  • direkte Toxizität von Metaboliten (z. B. Galactose-1-Phosphat)
  • veränderte Genexpression
  • aberrante Funktion von Hormonen und/oder Rezeptoren aufgrund von Glykosylierungsanomalien[3]

Im Allgemeinen wird ein POI entweder durch die Bildung eines kleineren Primordialfollikelpools oder durch einen schnelleren Verlust von Primordialfollikeln verursacht[3]. Beweise für beides wurden bei Personen mit Galaktosämie gefunden. Es wurde über Neugeborene mit morphologisch normalen Ovarien mit reichlich Eizellen und normaler Follikulogenese berichtet [5,6]. Jugendliche (16-17 Jahre) weisen histologische Befunde auf, die eine stark reduzierte Anzahl von Follikeln zeigen, die von weit weniger Follikeln als für das Alter erwartet[7] bis hin zu fast vollständiger Abwesenheit[8,9] variiert. Darüber hinaus wurden bei Patienten im Alter von 9 bis 21 Jahren durch Ultraschall oder Laparoskopie/Laparotomie hyoplastische[9,10] oder Streak-Ovarien[8] festgestellt.

Es ist möglich, dass sich ein normales Komplement primordialer Follikel bildet, aber schneller eine Atresie durchmacht und dass die Eierstöcke bei Mädchen im sehr jungen präpubertären Alter stark geschädigt werden können[3].

Frauen mit klassischer Galaktosämie sollten so früh wie möglich Möglichkeiten zur Erhaltung der Fertilität vorgestellt werden. Drei Verfahren zur Erhaltung der Fruchtbarkeit werden derzeit Mädchen und Frauen angeboten, die eine Erhaltung der Fruchtbarkeit benötigen, darunter:

Die Kryokonservierung von Embryonen und Eizellen ist theoretisch die beste Option für diese Patienten. Beide Techniken erfordern jedoch eine Stimulation der Eierstöcke. Gubbelset al. (2013) führten eine Stimulation der Eierstöcke bei 15 Patienten mit klassischer Galaktosämie im Alter von 15-36 Jahren durch und zeigten bei allen Patienten außer einer eine schlechte Östradiolproduktion [11]. Daher ist die Erhaltung der Fertilität bei älteren Patienten mit klassischer Galaktosämie nach der Pubertät wahrscheinlich nicht erfolgreich, da die ovarielle Reserve schwach sein kann. In Anbetracht der schlechten Östradiolproduktion und des schnellen Rückgangs des Follikelpools bei der klassischen Galaktosämie muss die Fertilitätserhaltung bei diesen Patienten möglicherweise im Säuglings- oder frühen Kindesalter erfolgen, was die Optionen zur Fertilitätserhaltung ernsthaft einschränkt. Techniken, die eine Stimulation der Eierstöcke erfordern, wie die Kryokonservierung von Embryonen und Eizellen, sind für präpubertäre Mädchen aufgrund der fehlenden Reifung der Hypothalamus-Hypophyse-Ovarialachse nicht geeignet, so dass die Kryokonservierung von Eierstockgewebe die einzige verfügbare Technik für diese Altersgruppe ist.

Frauen mit klassischer Galaktosämie möchten möglicherweise andere Optionen verfolgen, einschließlich Adoption oder Spendereizellen, um eine Schwangerschaft zu erreichen. Darüber hinaus schlagen Mütter von Mädchen mit klassischer Galaktosämie häufig vor, ihren Töchtern Eizellen zu spenden. Es kann notwendig sein, die Eizellen der Mutter für die Zukunft zu kryokonservieren, wenn die Patientin zum Zeitpunkt der Spende noch nicht bereit für Kinder ist[3].

Spontanschwangerschaften treten bei der klassischen Galaktosämie auf, was zeigt, dass bei einigen Patienten eine Empfängnis möglich ist[3]. Es ist wichtig, die Patientinnen über das Auftreten spontaner Schwangerschaften aufzuklären, ihnen zu ermöglichen, spontan schwanger zu werden und ungeplante Schwangerschaften zu vermeiden. Gubbelset al. (2008) hatten eine Kohorte von 22 Patienten mit klassischer Galaktosämie und POI. 9 Patienten in der Kohorte versuchten, schwanger zu werden und 4 hatten Erfolg, was zu einer Erfolgsquote von 44% führte. Die geringe Stichprobengröße rechtfertigt weitere Studien in größeren Kohorten. Darüber hinaus ist es wichtig zu beachten, dass die meisten Frauen, die spontan schwanger wurden, die normale Pubertät durchlaufen hatten und spontan die Menarche erreichten, was darauf hindeutet, dass dies prädiktive Faktoren für eine erhöhte Wahrscheinlichkeit einer spontanen Empfängnis sein können [12].

van Ervenet al. (2013) hat auf der Grundlage von Expertenmeinungen folgende Empfehlungen zum Fertilitätserhalt bei weiblichen Patienten mit klassischer Galaktosämie veröffentlicht:

  • Ärzte sollten betonen, dass bei Frauen mit klassischer Galaktosämie auch nach POI-Diagnose Spontanschwangerschaften auftreten.
  • Wenn ein Fertilitätserhalt gewünscht wird, scheint derzeit die Kryokonservierung im frühen präpubertären Alter im Rahmen einer anerkannten Forschung die beste Option zu sein.
  • Die Ethikkommission des Krankenhauses oder eine andere unabhängige Stelle sollte die Entscheidung der Eltern vor dem Verfahren zur Erhaltung der Fruchtbarkeit überprüfen.
  • Die Ethikkommission des Krankenhauses oder eine andere unabhängige Stelle sollte in die Entscheidungsfindung über die Verwendung des kryokonservierten Materials einbezogen werden.
  • Wenn eine Patientin eine Schwangerschaft wünscht, wird ein Zeitraum von einem Jahr für den Versuch einer spontanen Schwangerschaft empfohlen, um unnötigen Einsatz von Techniken der assistierten Reproduktion zu vermeiden.
  • Eine anonyme oder intrafamiliäre Eizellspende könnte eine weitere Option für Patientinnen mit klassischer Galaktosämie sein, wenn keine Schwangerschaft eintritt.

[1]Coss, K., Doran, P., Owoeye, C., Codd, M., Hamid, N., Mayne, P., . . . Treacy, E. (2012). Klassische Galaktosämie in Irland: Inzidenz, Komplikationen und Behandlungsergebnisse. J Metab Dis vererben, 36, 21-27.

[2]Berry, G., & Elsas, L. (2011). Einführung in den Maastricht-Workshop: Lehren aus der Vergangenheit und neue Richtungen bei der Galaktosämie. J Inherit Metab Dis, 34, 249-255.

[3]van Erven, B., Gubbels, C., van Golde, R., Dunselman, G., Derhaag, J., de Wert, G., . . . Rubio-Gozalbo, M. (2013). Fertilitätserhalt bei weiblichen Patienten mit klassischer Galaktosämie. Orphanet J Rare Dis, 8, 107.

[4]Fridovich-Keil, J., Gubbels, C., Spencer, J., Sanders, R., Land, J., &. Rubio-Gozalbo, E. (2011). Eierstockfunktion bei Mädchen und Frauen mit GALT-Mangel-Galactosämie. J Inherit Metab Dis, 34, 357-366.

[5]Levy, H. (1996). Reproduktive Wirkungen mütterlicher Stoffwechselstörungen: Implikationen für Pädiatrie und Geburtshilfe. Turk J Pädiatrie, 38(335-344).

[6]Levy, H., Driscoll, S., Porensky, R., &. Wender, D. (1984). Eierstockversagen bei Galaktosämie. N Engl J Med, 310, 50.

[7]Rubio-Gozalbo, M., Gubbels, C., Bakker, J., Menheere, P., Wodzig, W., & Land, J. (2010). Gonadenfunktion bei männlichen und weiblichen Patienten mit klassischer Galaktosämie. Hum Reprod Update, 16, 177-188.

[8]Morrow, R., Atkinson, A., Carson, D., Carson, N., Sloan, J., & Traub, A. (1985). Eierstockversagen bei einer jungen Frau mit Galaktosämie. Ulster Med J, 54, 218-220.

[9] Robinson, A., Dockeray, C., Cullen, M., & Sweeney, E. (1984). Hypergonadotroper Hypogonadismus bei klassischer Galaktosämie: Beweise für eine fehlerhafte Oogenese Fallbericht. Br J Obstet Gynäkol, 91, 199-200.

[10]Sauer, M., Kaufman, F., Paulson, R., &. Lobo, R. (1991). Schwangerschaft nach Eizellspende bei einer Frau mit Ovarialinsuffizienz und klassischer Galaktosämie. Fertil Steril, 55, 1197-1199.

[11]Gubbels, C., Land, J., Evers, J., Bierau, J., Menheere, P., Robben, S., &. Rubio-Gozalbo, M. (2013). Primäre Ovarialinsuffizienz bei klassischer Galaktosämie: Rolle der FSH-Dysfunktion und Zeitpunkt der Läsion. J Metab Dis vererben, 36, 29-34.

[12]Gubbels, C., Land, J., &. Rubio-Gozalbo, M. (2008). Fertilität und Auswirkungen von Schwangerschaften auf Mutter und Kind bei klassischer Galaktosämie. Geburtshilfe Gynäkol Surv, 63, 334-343.

Über den Autor

Allison Goetsch, MS, CGC ist pädiatrische genetische Beraterin am Ann and Robert H. Lurie Children's Hospital of Chicago und Mitglied des administrativen Kernteams des Oncofertility Consortium. Ihre Diplomarbeit schloss sie bei Dr. Teresa K. Woodruff über Onkofertilität und das hereditäre Brust- und Eierstockkrebs-Syndrom (HBOC) ab. Allisons Hauptziele sind die Sensibilisierung für die Erhaltung der Fruchtbarkeit und die Aufklärung von Gesundheitsdienstleistern und Patienten über bösartige und nicht bösartige Erkrankungen (und/oder Behandlungen), die die Fruchtbarkeit bedrohen.


Neugeborenenscreening und Nachsorge

Das Neugeborenen-Screening auf klassische Galaktosämie wird mit einer kleinen Blutmenge durchgeführt, die aus der Ferse Ihres Babys entnommen wird. Um mehr über diesen Prozess zu erfahren, besuchen Sie die Seite Blutflecken-Screening.

Während des Screenings misst ein spezielles Gerät, wie viel des Enzyms GALT sich im Blut Ihres Babys befindet. GALT hilft dabei, den Milchzucker, bekannt als Galaktose, abzubauen, den Ihr Körper dann zur Energiegewinnung verwenden kann.

In einigen Fällen wird beim Screening auch gemessen, wie viel Gesamtgalaktose im Blut Ihres Babys ist. Wenn das GALT-Enzym Galactose nicht abbauen kann, werden im Körper höhere Galactose-Spiegel als normal vorhanden sein. Babys mit niedriger GALT-Aktivität, entweder mit oder ohne hohe Gesamtgalaktose, können eine klassische Galaktosämie haben.

Wenn das Ergebnis des Blutflecken-Screenings Ihres Babys auf klassische Galaktosämie außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, wird sich der Arzt Ihres Babys mit Ihnen in Verbindung setzen. Gemeinsam besprechen Sie die nächsten Schritte und Folgepläne.

Ein Screening-Ergebnis außerhalb des zulässigen Bereichs bedeutet nicht, dass Ihr Baby definitiv die Krankheit hat. Es bedeutet, dass Ihr Baby mehr Nachuntersuchungen benötigt. Um mehr über Screening-Ergebnisse zu erfahren, besuchen Sie die Seite Blutfleck-Screening-Ergebnisse.

Ihr Baby benötigt möglicherweise die folgenden Tests, nachdem ein Screening-Ergebnis außerhalb des Bereichs liegt:

Sie sollten alle empfohlenen Nachuntersuchungen so schnell wie möglich durchführen. Babys mit dieser Erkrankung können sehr bald nach der Geburt ernsthafte gesundheitliche Probleme haben, wenn sie nicht schnell diagnostiziert und behandelt werden.

Es kann zu falsch positiven Neugeborenen-Screening-Ergebnissen für diese Erkrankung kommen.

  • Auch Proben, die zu viel Hitze ausgesetzt waren oder zu lange ins Screening-Labor gelangten, können zu falsch positiven Ergebnissen führen.
  • Manchmal können Babys, die an einer anderen Erkrankung namens G6PD leiden, positiv auf klassische Galaktosämie getestet werden, obwohl sie die Erkrankung nicht haben.

Ergebnisse

GAL-Stoffwechselgene reagieren auf das Verhältnis von Glukose und Galactose.

Wir züchteten Zellen in 500 Kombinationen von Glucose und Galactose (Abb. 1 EIN und B) über einen 1000-fachen Bereich von Glucose- und Galactosekonzentrationen. Wir überwachten den Ausdruck von a GAL1 Promotor gelb fluoreszierende Proteinfusion (GAL1pr-YFP) in einem Derivat des Laborstamms S288C (SI-Anhang, Abschnitte I und II und Tabelle S1). Gal1p, eine Galaktokinase, die den ersten Schritt im Leloir-Weg (10) katalysiert, wird in Gegenwart von Galaktose induziert. Wir haben Zellen mit geringer Dichte gezüchtet, so dass die extrazellulären Zuckerkonzentrationen während des gesamten Versuchsverlaufs auch bei niedrigen Zuckerwerten nahezu konstant sind (SI-Anhang, Abschnitte III und IV). Frühere Studien haben das durchschnittliche Expressionsniveau der Population von einem GAL-Promotor als Maß für die Reaktion verwendet, was eine niedrige, aber signifikante Expression verschleiern kann. Um die Entscheidung zu identifizieren, GAL-Gene in einer Weise zu exprimieren, die weniger vom absoluten Expressionsniveau abhängt, haben wir Durchflusszytometrie verwendet, um den Prozentsatz der Zellen zu quantifizieren, die a . exprimieren GAL1pr-YFP-Reporter oberhalb der Grundwerte (Abb. 1EIN). Wir definieren Basalspiegel als Reaktion von Zellen, die in 2% (Gew./Vol.) Glucose in Abwesenheit von Galaktose gezüchtet wurden (Abb. 1 .).EIN und SI-Anhang, Abschnitt V).

Der Galactose-Weg reagiert auf das Verhältnis von Galactose und Glucose. Alle Experimente sind in mindestens dreifacher Wiederholung in SI-Anhang, Abb. S1. (EIN) Schema des Experiments und Metrik zur Messung der Steady-State-GAL-Wegantwort in S. cerevisiae in Hunderten von Kombinationen von Glucose und Galactose. Der induzierte Anteil (IF, Hash-Bereich) wird berechnet (SI-Anhang, Abschnitt V) durch Abschätzen der Fluoreszenz-Wahrscheinlichkeitsverteilung für eine gegebene Vertiefung (schwarze Kurve) und Nehmen des Flächenanteils außerhalb der Wahrscheinlichkeitsverteilung von Zellen, die allein in Glukose gewachsen sind (grüne Kurve). (B) (Links) Durchflusszytometrie (FCM) der Reaktion. Die Entscheidungsfront ist eine lineare Anpassung an die Konzentrationen, bei denen 20 % aller Zellen in der Population eine Induktion zeigen (IF >0,2). (Rechts) Vergleich von Zellen, die durch Lebendmikroskopie überwacht wurden, mit FCM bei drei Zuckermischungen, gekennzeichnet durch nummerierte Quadrate (SI-Anhang, Abb. S4). (C) Anteil induzierender Zellen als Funktion des Verhältnisses von Galaktose- und Glukosekonzentration. Jeder Brunnen in B wird durch einen einzelnen Punkt dargestellt. Die Linie ist eine sigmoidale 1D-Kurve, die hauptsächlich vom Verhältnis von Galactose und Glucose abhängt. (D) Vergleich von Modellen der Signalintegration (SI-Anhang) durch Schwellenerkennung (Oberer, höher) und Verhältnismessung (Untere), angezeigt als in B und C. (E) Entscheidungsfronten, berechnet wie in B, für drei Stämme von S. cerevisiae.

Im Gegensatz zur klassischen Ansicht fanden wir, dass GAL-Gene nicht einfach auf eine Schwellenkonzentration von Glukose reagieren, sondern die Entscheidung, GAL-Gene zu induzieren, hängt vielmehr vom Verhältnis von Glukose und Galaktose ab (Abb. 1 .). B–D repliziert in SI-Anhang, Abb. S1). Die Reaktion war nicht einfach eine multiplikative Kombination des unabhängigen Verhaltens von Zellen in Glukose oder Galaktose (SI-Anhang, Abb. S2). Der Wert des Verhältnisses war über einen mindestens 50-fachen Bereich der Glucose- und Galaktosekonzentration nahezu konstant (Abb. 1 .).B). Unterhalb einer Glukosekonzentration von ∼0,006 % reagierten die Zellen ausschließlich auf einen Galactose-Schwellenwert (Abb. 1 .).B). Das Ergebnis war unempfindlich gegenüber einer Abnahme der anfänglichen Inokulumdichte, was bestätigt, dass die Nährstoffverarmung in unseren Experimenten nicht signifikant ist (SI-Anhang, Abschnitt IV und Abb. S3 A–C). Darüber hinaus zeigt die Modellierung, dass eine Nährstoffverarmung nicht den Anschein von Ratio-Sensing erwecken würde (SI-Anhang, Abschnitt IV und Abb. S3 D und E). Wir haben direkt verifiziert, dass das Ratio-Sensing-Verhalten ein stationäres, von Erschöpfung unabhängiges Einzelzellphänomen ist, indem wir die Induktionskinetik für 8 h bei mehreren Glucose- und Galactosekonzentrationen in einem mikrofluidischen Gerät mit konstanter Nährstoffergänzung überwachten (Abb. 1 .).B, Rechts und SI-Anhang, Abschnitt VI und Abb. S4). Der Beginn der Entscheidung erfolgt innerhalb von 1 h (SI-Anhang, Abb. S4). Die meisten Zellen werden nach 4 h induziert und der Steady-State wird nach 6 h erreicht (SI-Anhang, Abb. S4). Dieses Verhalten wurde auch bei zwei anderen Stämmen beobachtet, BC187 und YJM978, die aus einem Weinberg bzw. einer klinischen Probe isoliert wurden (Abb. 1 .).E), was zeigt, dass die Verhältnismessung bei einem einzelnen Laborstamm kein anormales Verhalten ist. Darüber hinaus ist die Existenz eines Verhältnisses robust gegenüber Dosisstörungen von GAL-Genen (SI-Anhang, Abb. S5).

Wie können unsere Ergebnisse mit früheren Arbeiten in Einklang gebracht werden, die keine Ratio-Sensing berichteten? Alle früheren Studien untersuchten einen relativ kleinen Konzentrationsbereich, sodass Abweichungen vom erwarteten Schwellenverhalten leicht als Rauschen interpretiert werden konnten.SI-Anhang, Abb. S6D). In vielen Studien wurden auch in dem von ihnen verwendeten Konzentrationsbereich nur spärlich Proben genommen, wodurch die Unterschiede zwischen Verhältnis- und Schwellensensorik verdeckt wurden (SI-Anhang, Abschnitt III und Abb. S6D). Die hier verwendete Metrik, die das Expressionsniveau von der Entscheidung entfaltet (Abb. 1EIN und SI-Anhang, Abschnitt V und Abb. S6), hilft ebenfalls, das Verhalten deutlich zu zeigen, da es bei niedrigen Konzentrationen, wo einzelne Zellen zu induzieren beginnen, stärker anspricht als bei hohen Zuckerkonzentrationen, bei denen die Induktion nahezu gesättigt ist. Bei einem ausreichend großen Konzentrationsbereich wäre das Verhältniserfassungsverhalten jedoch unabhängig von der verwendeten Metrik leicht zu beobachten gewesen (SI-Anhang, Abb. S6).

Ratio Sensing wurde bisher nicht für Kohlenhydrate beschrieben, wurde aber phänomenologisch für das Sensing von NADH/NAD + , ATP/ADP und X vs. autosomalen Chromosomenspiegeln beschrieben (22 ⇓ –24). Im Fall von ATP/ADP wurde vorgeschlagen, dass Ratio-Sensing aus einer sich gegenseitig ausschließenden Bindung an die γ-Untereinheit von AMPK (25) resultiert, aber es fehlt noch Klarheit über den Mechanismus. Im GAL-Pfad wäre eine naheliegende Hypothese, dass die Verhältnismessung an der GAL1 oder andere GAL-Promotoren (11). Glukose- und Galactose-Signale konvergieren auf diesen Promotoren über Mig1p bzw. Gal4p (Abb. 2EIN). Alternativ könnte Ratio Sensing stromaufwärts entweder der kanonischen Glucose- oder Galactose-Signalwege erfolgen.

Der GAL-Weg erfasst das Verhältnis von Glukose und Galaktose stromaufwärts der bekannten Glukoseregulierung. (EIN) Das Regulierungsnetz der GAL. (B) Mig1p-Lokalisierung als Funktion der Glucose- und Galactosekonzentrationen. Zellen, die Mig1p-GFP exprimieren, wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Fig. 1 gezüchtetB und nach 8 h abgebildet (SI-Anhang, Abschnitt VII) wurde die stationäre Lokalisation typischerweise in Minuten erreicht. Bilder zeigen repräsentative Zellen bei der angegebenen Zuckerkonzentration. Jede Konzentration ist das Ergebnis von mindestens 20 Zellen. Die Zahl der Zellen mit nukleärem Mig1p-GFP nimmt mit dem Glukosespiegel galaktoseunabhängig ab. (C) In einem gal80∆ Hintergrund, die Ratio-Antwort wird in eine Schwellen-Antwort umgewandelt (d. h. in Abwesenheit von Gal80p ist die Antwort von Galactose unabhängig). Versuch in zweifacher Ausführung durchgeführt. Daten für Bedingungen ohne Glukose werden aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt (Methoden). (D) In einem mig1∆ Hintergrund, Zellen reagieren weiterhin auf das Galaktose:Glukose-Verhältnis. Versuch in zweifacher Ausführung durchgeführt. Die durchgezogene Linie repräsentiert die Entscheidungsfront des mig1∆ gestrichelte Linie repräsentiert die Entscheidungsfront des Wildtyp-Stammes (aus Abb. 1B). (E) In einem mig1gal80∆-Stamm, die Reaktion ist konstitutiv und hängt weder von Glukose noch von Galaktose ab.

Ratio Sensing wird stromaufwärts des kanonischen Gal-Pfads erzeugt.

Um den Mechanismus der Ratio-Sensing zu identifizieren, testeten wir zunächst, ob die Glukose-Signalgebung unabhängig vom Galaktose-Spiegel ist, indem wir den Anteil von Zellen mit Mig1p-GFP im Zellkern oder im Zytoplasma in verschiedenen Galaktose/Glucose-Kombinationen gemessen haben (Abb. 2 .).B und SI-Anhang, Abb. S7). Mig1p lokalisiert in Gegenwart von Glukose im Zellkern und in Abwesenheit von Glukose im Zytoplasma (26). Wie erwartet ist die Mig1p-GFP-Lokalisierung unabhängig von der Galaktosekonzentration (Abb. 2B). Um die Unabhängigkeit des Glucosezweigs von Galactose weiter zu bestätigen, haben wir die Reaktion von a . gemessen gal80∆ Belastung. Gal80p ist ein Repressor von Gal4p, der wiederum GAL1 in einem gal80Hintergrund GAL1pr ist konstitutiv (d. h. unabhängig von Galaktose) (27). Tatsächlich wird vor diesem Hintergrund der Verhältnissensor gebrochen, die Reaktion wird in einen Schwellenwertsensor umgewandelt, der hauptsächlich von Glukose abhängt (Abb. 2 .).C ein quantitativer Vergleich der Glukoseschwellenwerte ist in gezeigt SI-Anhang, Abb. S7). Bezüglich der Glucosehemmung gilt a gal80∆ Dehnung ahmt daher die klassische Schwellenwerterwartung nach.

Um zu testen, ob Ratio Sensing im kanonischen GAL-Pfad (d. h. stromabwärts oder bei Gal3p) stattfindet (Abb. 2 .)EIN), haben wir die Aktivität von GAL1pr-YFP in a mig1∆ Mutant. Da Mig1p die Unterdrückung des GAL-Signalwegs durch Glukose vermittelt (4, 9), a mig1Die ∆-Mutante sollte nur auf Galactose-Spiegel empfindlich sein und als Galactose-Schwellenwertsensor reagieren, unabhängig davon, ob die Verhältniserkennung durch Mig1p direkt oder indirekt erreicht wird. Überraschenderweise haben wir festgestellt, dass sogar in a mig1∆ belasten GAL1Die pr-YFP-Expression ist immer noch empfindlich gegenüber dem Verhältnis von Galactose und Glucose (Abb. 2D). Die Verhältniserfassungsfähigkeit des mig1∆ Stamm ist nicht auf die Wirkung anderer Transkriptionsfaktoren zurückzuführen, denn a gal80mig1∆ Stamm ist konstitutiv aktiv für GAL1pr-YFP-Expression, d. h. die Aktivierung des GAL1 Der Promotor ist bei diesem Stamm weder von Glucose noch von Galaktose abhängig (Abb. 2E und SI-Anhang, Abb. S5C). Diese Ergebnisse stimmen mit früheren Beobachtungen überein, die zeigten, dass Glukose GAL1pr-Expression auch in Abwesenheit von Mig1p (20). Diese Ergebnisse implizieren, dass entweder ein intrazellulärer Modus übersehen wurde, durch den Glucose den Galactose-Weg reguliert, oder dass Ratio-Sensing weder an der GAL1 Promotor noch im kanonischen GAL-Weg, sondern stromaufwärts von Gal3p.

Der Galactose-Transporter Gal2p wird für die Verhältnismessung nicht benötigt.

Da Gal3p die internen Galaktosespiegel direkt erfasst, deutet die Ratio-Sensing stromaufwärts von Gal3p auf eine Rolle des Zuckertransports bei der Ratio-Sensing hin. Wenn der GAL-Weg induziert wird, wird der Großteil der Galaktose über den Gal2p-Transporter importiert, der sowohl Glukose als auch Galaktose mit hoher Affinität transportiert (Km 1 mM) (28, 29). Gal2p ist Teil des GAL-Signalwegs Gal2p-Spiegel sind in Glukosemedien niedrig. Nichtsdestotrotz ist es möglich, dass selbst die niedrigen Spiegel von Gal2p, die in hoher Glukose exprimiert werden, für die Verhältnismessung wichtig sind. Dies wäre nicht beispiellos: Im Falle einer Lac-Induktion in Escherichia coli, ist eine stochastische Low-Level-Expression von Transportern entscheidend für die Reaktion (30). Wir haben daher gemessen GAL1pr-YFP in a gal2∆ Belastung. Ähnlich den Ergebnissen mit dem mig1∆ Mutant, a gal2∆ Mutante „bricht“ den Verhältnissensor nicht (Abb. 3EIN) in beiden Fällen beeinflusst die Mutation den Ratio-Sensor, aber keine Mutante eliminiert das Ratio-Erfassungsverhalten. Wir interpretieren diese Ergebnisse als starken Beweis dafür, dass der für die Ratio-Sensing verantwortliche Mechanismus Komponenten außerhalb des kanonischen Galactose-Sensing-Pfads beinhaltet (Abb. 2 .).EIN).

Die Aufnahme von Galactose hängt auch in Abwesenheit von Gal2p vom Verhältnis von Galactose und Glucose ab. (EIN) Gal2p und viele der Hxt1-17p-Familie von Hexose-Transportern importieren Glucose und Galactose, haben jedoch unterschiedliche relative Affinitäten für die beiden Zucker. Löschung von GAL2 beseitigt nicht die Verhältniserkennung. Schwarze und rote Linien sind die Entscheidungsfront (Abb. 1E). (B) Einbau von 12 C-Galactose und 13 C-Glucose in Aminosäuren, gemessen durch GC-MS in a gal2Δ gal80Δ mig1Δ Belastung (SI-Anhang). Dieser Stamm exprimiert konstitutiv den GAL-Weg. Fehlerbalken sind die SD von drei biologischen Replikaten (Duplikate für das höchste Glucose-zu-Galactose-Verhältnis). Die Steigung der angepassten Linie (schwarze Linie) beträgt 1/170, die Erwartung basierend auf Literaturaufnahmemessungen beträgt 1/250 (28, 29). (Einsatz) Aufschlüsselung der Daten in zwei verschiedene Galaktosekonzentrationen.

In einem gal2∆-Stamm, die Familie der Hexose-Transporter [Hxt1-17p oder Mal11p, Mph2p und Mph3p (31)] sind wahrscheinlich die Haupttransporter von Galactose und eine wahrscheinliche Quelle für Ratio-Sensing (Abb. 3EIN). Die HXT-Mitglieder transportieren Glukose mit unterschiedlichen Affinitäten (Km von ∼1 mM bis 100 mM) (28, 29) und einige importieren auch Galactose, wenn auch mit deutlich geringerer Affinität (Km ∼250 mM) (28) Hxt14p kann sogar das Wachstum auf Galactose in einem Stamm unterstützen, bei dem alle anderen Hexose-Transporter deletiert wurden (31). Somit könnte Ratio-Sensing aus der Konkurrenz zwischen den Zuckern während der Aufnahme resultieren. In einem kompetitiven Aufnahmeregime würde die intrazelluläre Galaktosekonzentration vom Verhältnis der extrazellulären Galaktose- und Glukosekonzentration abhängen (SI-Anhang, Abschnitt VIII und Feigen. S8 und S9).

Die Aufnahme von Galactose hängt vom Verhältnis der extrazellulären Zuckerkonzentrationen ab.

Um direkt zu testen, ob die Aufnahme von Galactose durch die Hexose-Transporter vom extrazellulären Verhältnis der Galactose- und Glucosekonzentrationen abhängt, haben wir die Galactose-Aufnahme in Mischungen von U- 13 C-Glucose und 12 C-Galactose gemessen. Da intrazelluläre Kohlenhydrate schnell metabolisiert werden, liefert die Messung des Einbaus von 13 C und 12 C in Aminosäuren mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (32) Informationen über die Aufnahmeraten. Das Verhältnis von eingebautem 12 C und 13 C entspricht dem Verhältnis von Galactose und Glucose Aufnahmeraten (SI-Anhang, Abschnitt X). Um die Rolle der Hexose-Transporter von den Wirkungen der intrazellulären Regulation zu unterscheiden, konstruierten wir a gal2gal80mig1∆ Belastung. Dieser Stamm reagiert nicht auf Glucose oder Galactose, exprimiert jedoch konstitutiv GAL-Gene (Abb. 2 .).E). Der Einbau von 13 C und 12 C hängt somit ausschließlich von den relativen Zuckeraufnahmeraten und nicht von der Induktion des GAL-Wegs ab. Wir züchteten diesen Stamm in U- 13 C-Glucose-Medium vor und überführten ihn für zwei Verdopplungen in Medien, die Mischungen aus U- 13 C-Glucose und 12 C-Galactose enthielten (SI-Anhang, Tabelle S3). Wir fanden heraus, dass das Verhältnis zwischen 12 C und 13 C, das in Aminosäuren eingebaut wird, und damit die Aufnahme von Galaktose steigt, wenn das extrazelluläre Galaktose:Glucose-Verhältnis erhöht wird (Abb. 3B). Das 12 C: 13 C-Verhältnis steigt mit steigender extrazellulärer Galaktose, sinkt jedoch mit steigender extrazellulärer Glukose (Abb. 3 .).B).

Quantitativ steht dieses Ergebnis im Einklang mit einem „passiven“ Modell der kompetitiven Aufnahme von Glucose und Galactose durch den Transporter, das vorhersagt, dass die relative Aufnahme vom extrazellulären Zuckerverhältnis multipliziert mit der relativen Affinität des Transporters für jeden Zucker abhängt (Km Verhältnis). Unsere Messungen ergeben a Km Übersetzung von 170 (Abb. 3B), ähnlich wie Km Verhältnis von 250 berechnet aus Literaturberichten (28, 29). Die Glukosekonzentration, bei der sich die Reaktion von einem Ratio-Sensor zu einem Galactose-Schwellenwertsensor ändert, 0,006%, gemessen in Abb. 1B, ist in der Nähe der Km des hochaffinen Hexosetransporters für Glucose ∼ 1 mM oder 0,002 % Glucose. Dies steht im Einklang mit einem kompetitiven Aufnahmemodell für Glukosekonzentrationen unter dem Km des Transports haben schnell nachlassende Auswirkungen auf die Aufnahme von Galaktose, wodurch die Aufnahme von Galaktose bei niedrigen Glukosekonzentrationen von Glucose unabhängig wird.

Ratio Sensing kann einen Fitnessvorteil bieten.

Es ist möglich, dass Ratio Sensing in den Zuckerstoffwechselwegen in Hefe entwickelt wurde, um einen unvermeidlichen Mangel an perfekter Unterscheidung zwischen verschiedenen Zuckern im Hexose-Transporter zu kompensieren. Aufgrund der Substratkonkurrenz um den Transporter hemmt ein hoher Galaktosegehalt teilweise die Glukoseaufnahme, und Zellen, die keine GAL-Genexpression induzieren, können den verringerten Glukosefluss nicht durch Metabolisierung von Galaktose kompensieren. Andererseits ist es auch möglich, dass Ratio-Sensing aus anderen Gründen wünschenswert ist (z Hexose-Transporter ist an sich ein ausgewähltes Merkmal. In Übereinstimmung mit der letzteren Möglichkeit gibt es eine große Variation in der Selektivität der Transporter der HXT-Familie für Glucose im Vergleich zu anderen Zuckern, und viele halten das Wachstum auf Medium mit Galactose als einziger Kohlenstoffquelle nicht aufrecht (31). Somit könnte sich eine Zelle so entwickeln, dass sie nur hochselektive Hexosetransporter exprimiert, wenn die Verhältniserkennung unerwünscht wäre.

Der biologische Vorteil der Verhältnismessung ist am wahrscheinlichsten während eines dynamischen Prozesses wie der Verarmung von Glukose in Mischzuckerumgebungen. Derzeit existiert jedoch keine Mutante, deren einziger Mangel darin besteht, die Verhältnisantwort in eine Schwellenantwort umzuwandeln (z. B. a gal80∆ hat in vielen Medien einen Fitnessnachteil). Um festzustellen, ob die Verhältniserkennung einen selektiven Vorteil gegenüber einer Schwellenerkennung bieten kann, haben wir daher die Fitness von a . verglichen gal4∆-Stamm an den eines Wildtyp-Stamms unter zwei Bedingungen: nur Glucose und eine Glucose/Galactose-Mischung (Abb. 4 .).EIN). EIN gal4∆-Stamm kann keine transkriptionelle Reaktion auf Galactose auslösen und verhält sich daher in einem Glukose/Galaktose-Gemisch wie in Glukose allein (33).EIN). Bei Cokultivierung in 0,016% Glukose werden Wildtyp und gal4∆ Stämme wuchsen vergleichbar (Abb. 4EIN) 0,016% Glukose liegt über der Glukosekonzentration, bei der Ratio Sensing beobachtet wird (Abb. 1B). Wenn 2 % (Gew./Vol.) Galactose zu dem 0,016 % Glucose-Medium hinzugefügt wird, hat der Wildtyp-Stamm einen signifikanten Fitnessvorteil von 0,1 % pro Stunde ± 0,01 % SE vom Mittelwert, mit a P Wert von 0,01 (zweiseitig T Test Abb. 4EIN). Bei dieser Konzentration induzieren alle Wildtyp-Zellen den GAL-Weg maximal. Angesichts des hier beobachteten Vorteils der Verhältnisantwort im stationären Zustand, den wir hier beobachten, ist es wahrscheinlich, dass wir, wenn eine echte schwellenwertabhängige Dehnung konstruiert werden könnte, auch in dynamischen Umgebungen einen Nachteil gegenüber der verhältnisempfindlichen Dehnung haben würden.

Biologische Implikationen, Implementierungen und Regime für die Verhältnismessung. (EIN) Die Fähigkeit, Galaktose auch in Gegenwart von Glukose zu verwenden, gibt den Zellen einen Fitnessvorteil. Ein Wildtyp-Stamm wurde gegen a . konkurriert gal4∆ in zwei Kohlenstoffkonzentrationen: (ich) 0,016% Glukose oder (ii) 0,016 % Glucose und 2 % (Gew./Vol.) Galactose. Die Glukosekonzentration von 0,016 % versetzt die Zellen in das Ratio-Sensing-Regime (Links, grüne und schwarze Quadrate). Zehn unabhängige Replikate wurden gezüchtet, bis die Genexpression den Steady-State (8 h) erreichte, dann wurden alle 2 h für 10 h Proben genommen, um die zelluläre Fitness zu berechnen. Fehlerbalken sind das SEM. (B) Ratio-Output kann im Allgemeinen durch ein einfaches Modul erreicht werden, in dem zwei Input-Moleküle, ein Aktivator (grün) und ein Repressor (blau), an ein Integratormolekül binden – einen Promotor, Transporter, Gerüstprotein usw. Gegenseitige Hemmung, ε, ist für eine robuste Verhältnisantwort notwendig. (C) Auch sinnlose Zyklen wie Phosphorylierung und Dephosphorylierung oder Acetylierung und Deacetylierung können Verhältnissensoren erzeugen. Ratio Sensing wird erreicht, wenn die Enzyme nicht gesättigt sind.


Galactosetransfer auf endogene Akzeptoren innerhalb von Golgi-Fraktionen der Rattenleber

Die Verteilung der Galactosyltransferase wurde unter Verwendung von trans- und cis-Golgi-Fraktionen untersucht, die durch eine Modifikation des Verfahrens von Ehrenreich et al. Verfahren (1973. J. Cell Biol. 59:45-72) sowie eine intakte Golgi-Fraktion, die durch ein neues einstufiges Verfahren isoliert wurde. Es wurden zwei Assayverfahren verwendet. Die erste Methode analysierte die Fähigkeit von Golgi-Fraktionen, Galactose (aus Uridindiphosphogalactose [UDP-gal]-Substrat) auf den definierten exogenen Akzeptor Ovomucoid zu übertragen. Die zweite Methode bewertete den Transfer von Galactose vom UDP-gal-Substrat auf endogene Akzeptoren (endogene Glykosylierung). Die trans-Golgi-Fraktion (Golgi light) war nach der ersten Methode hoch aktiv, zeigte jedoch nach der zweiten Methode nur eine geringe Aktivität. Golgi fractions enriched in central and cis elements (the Golgi intermediate, heavy and especially the intact Golgi fraction) were highly active in both methods of assay. The endogenous glycosylation approach was validated by gel fluorography of the endogenous acceptors. For all Golgi fractions, transfer of galactose was revealed to secretory glycopeptides. It is concluded that galactosyl transferase activity in vivo occurs primarily in central and cis Golgi elements but not trans Golgi vesicles.


Follow-Up Testing

Your baby’s doctor may ask you if your baby is showing any of the signs of GALT (see Early Signs below). If your baby has certain signs, your baby’s doctor may suggest starting immediate treatment.

If your baby’s newborn screening result for classic galactosemia (GALT) was out of the normal range, your baby’s doctor or the state screening program will contact you to arrange for your child to have additional testing. It is important to remember that an out-of-range screening result does not necessarily mean that your child has the condition. An out-of-range result may occur because the initial blood sample was too small or the test was performed too early. However, a few babies do have the condition so it is very important that you go to your follow-up appointment for a confirmatory test. Because the harmful effects of untreated GALT can occur within days after birth, follow-up testing must be completed as soon as possible to determine whether or not your baby has the condition.

Follow-up testing will involve a blood test and a urine test to measure the amount of certain substances present in your baby’s body. Undigested sugars build up in the body when a child has GALT, so measuring the amounts of these sugars and other substances can help doctors determine if your baby has a condition. Individuals with GALT have low levels of GALT enzyme and high amounts of undigested sugars in their body. Genetic testing for classic galactosemia may also be necessary to confirm the diagnosis.


Case Report

A 6-month-old female patient presenting with delay of psychomotor development, bilateral ocular cataracts, hepatomegaly, and hypoattenuation of the brain white matter on CT scan was sent to our department for MR imaging and 1 H-MR spectroscopy examination to elucidate her diagnosis.

MR imaging showed diffuse and symmetrical involvement of the frontal, temporal, parietal, and occipital white matter, characterized by hypointensity on T1- and hyperintensity on T2 -weighted images, extending to “U” fibers (Fig 1EIN). In the temporal, frontal, and parietal regions hypointense areas associated with hyperintense white matter involvement on fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR) images could be observed (Fig 1B). There was no gadolinium enhancement. Corpus callosum, internal and external capsules, and optic radiations were spared. The diffusion-weighted images (DWIs) showed hypointense lesions in the areas corresponding to white matter involvement with increased apparent diffusion coefficient (ADC) values (Fig 1C).

Images obtained before dietary treatment. Axial T2-weighted image (EIN) showing hyperintense bilateral diffuse white matter involvement reaching the “U” fibers. The internal capsules are spared. The lesions are hyperintense with hypointense areas on FLAIR images (B). ADC map (C) shows increased diffusion in the white matter lesions.

In vivo 1 H-MR spectroscopy of the parieto-occipital white matter (Fig 2EIN) revealed normal NAA: n-acetylaspartate (NAA)/creatine (Cr) and choline (Cho)/Cr, but reduced myo-inositol (mI)/Cr when compared with control values (Table 1). Unknown signals of very high concentration were found in the region of 3.5 to 4.0 ppm (Fig 2B). These signals were partially inverted when the spectrum was acquired with a TE of 135 milliseconds. This behavior is characteristic for carbohydrate signals. For a more detailed study of the carbohydrate composition, an in vitro 1 H-MR spectroscopy of the urine was acquired by using a high-resolution 500-MHz spectrometer, and the result was compared with the urine of a normal volunteer. We could observe a group of multiple peaks in the region of 3.6 to 3.9 ppm (Fig 3) and a triplet at 3.98 ppm, which were absent in the normal spectrum. We found also 2 clearly resolved doublets at 4.57 and 5.25 ppm in the patient’s urine, which were absent in the normal spectrum. The in vitro urine spectrum suggested the presence of high concentrations of galactose (Gal-ose) and galactitol (Gal-ol) in the patient’s urine. The diagnosis of galactosemia was later confirmed by the finding of low levels of galactose-1-phosphate uridyl transferase in the erythrocyte. Subsequently, the patient started a restricted lactose-free diet. At the age of 2 years, the follow-up MR imaging of the patient showed marked atrophy, more evident in the frontal lobes with enlarged sulci and dilation of the lateral ventricles more prominent in the anterior horns. There was marked improvement of the lesions with almost complete resolution of white matter signal intensity abnormalities. The sparse residual lesions were located in the basal temporal lobes and periventricular frontal regions, presenting hypointensity on T1-weighted and hyperintensity on T2-weighted (Fig 4) and FLAIR images, without gadolinium enhancement. On DWI, the lesions presenting increased ADC values on the previous examination had resolved. In vivo 1 H-MR spectroscopy of the parieto-occipital white matter did not show evidence of Gal-ol signal intensity (Fig 5). Metabolite ratios appeared to be normal when compared with control group (Table).

Axial localizer T2-weighted image showing the MR spectroscopy voxel location (EIN). STEAM (TE/TR, 30/1500 milliseconds) (B) in vivo 1 H-MR spectroscopy spectrum of the patient before treatment.

In vitro 1 H-MR spectroscopy spectrum of the urine sample, showing the region of 3.2–4.1 ppm in the patient.

Images obtained after dietary treatment. Axial T2-weighted image shows marked frontal atrophy with enlarged sulci and ventricular dilation. Note also enlargement of Sylvian fissures and improvement of white matter lesions.

STEAM (TE/TR, 30/1500 milliseconds) in vivo 1 H-MR spectroscopy spectrum of the patient after treatment.

NAA/CrCho/CrmI/CrGal-ol/Cr
Patient before treatment1.451.040.1914.30
Patient after treatment1.570.870.50
Controls * 1.53 ± 0.220.89 ± 0.140.48 ± 0.07

Notiz:—Control mean values are included for comparison purposes. Cho/Cr indicates choline/creatine Gal-ol/Cr, galactitol/creatine ml/Cr, myo-inositol/creatine NAA/Cr, n-acetylaspartate/creatine.

* Control group consisted of 10 healthy volunteers (3 boys and 7 girls) of mean age of 6 ± 1 years (range, 4–9 years).

Metabolite ratios in the parieto-occipital white matter measured by the STEAM technique (TE/TR = 30/1500 ms) before and after patient’s treatment


Terminology

In 1856, the French biologist, Louis Pasteur 1822 –1895, was able to isolate galactose and called it Laktose. 1 The compound was later called Galaktose (or “glucose lactique”) as mentioned by Pierre Eugène Marcellin Berthelot 1827–1907, a French chemist, in his book, Chimie organique fondée sur la synthèse. 2
Etymologically, Galaktose comes from the Ancient Greek γάλακτος (gálaktos, meaning “milk”) and‎ -ose (denoting “sugar”).

Überblick

Galaktose is one of the three most common monosaccharides the other two are glucose and fructose. Monosaccharides are the most fundamental type of carbohydrates. Sie heißen Einfachzucker as opposed to the more complex forms such as oligosaccharides and polysaccharides. Monosaccharides can combine, though, to form complex carbohydrates via glycosidic bonds (glycosidic linkages).

Properties of galactose

Galactose is a hexose monosaccharide. It is an organic compound. Its general chemical formula is C6h12Ö6.The molar mass of galactose is 180.156 g/mol. The melting point is 168–170 °C. It is crystalline, water-soluble, and sweet tasting.

Galaktose vs. Glucose vs. Fruktose

Glucose, galactose, and fructose are the three most common natural monosaccharides. Nevertheless, glucose is the most abundant. The three have the same chemical formula: C6h12Ö6. Hence, they are a hexose-type of monosaccharide, owing to the six carbon atoms. Both glucose and galactose are aldoses whereas fructose is a ketose. Thus, glucose and galactose are more structurally alike. Nonetheless, glucose can be structurally identified from galactose based on the orientation of the hydroxyl group (OH) at carbon 4. Also, galactose has a higher melting point. Its melting point is 168–170 °C as opposed to glucose’s melting point of 146 °C. However, of the three, fructose has the lowest melting point (i.e. 103 °C).
Unlike glucose, galactose allgemein does not occur in free state. It usually is a constituent of complex biomolecules. For instance, galactose together with glucose forms lactose (milk sugar), which is a disaccharide. Thus, glucose is more often used than galactose or fructose in energy metabolism since it is more readily available. Without enough glucose, galactose enters glycolysis but galactose goes through initial steps to be converted into glucose 6-phosphate before it can proceed to glycolysis. The same principle happens to fructose fructolysis (catabolism of fructose) entails fructose phosphorylation by fructokinase to produce fructose 1-phosphate, which is then cleaved by aldolase B into two trioses, dihydroxyacetone phosphate and glyceraldehyde.

Types of galactose

Two enantiomers of galactose exist: Dextrogalactose (D-galactose) and Levogalactose (L-galalactose). This nomenclature (based on Fischer projection) designates D– when the glucose stereoisomer rotates the plane polarized light in the clockwise direction. L– is when it rotates the plane polarized light in a counterclockwise direction. The dextrotatory form of galactose is obtained from milk sugar through hydrolysis. D-galactose is also present in sugar beets, seaweeds, and nerve cell membranes. Its levorotatory form is obtained from mucilages.

Common biological reactions involving galactose

Common biological reactions involving galactose

Durch dehydration synthesis, a monosaccharide, such as galactose, binds to another monosaccharide with the release of water and the subsequent formation of a glycosidic bond. The joining of two monosaccharides produces a disaccharide whereas the joining of three to ten monosaccharide units forms an oligosaccharide. Polysaccharides are produced by the joining of multiple monosaccharides. In this regard, galactose joins with another monosaccharide to form a disaccharide. For instance, lactose is formed when galactose and glucose molecules are joined together. Another is the man-made disaccharide lactulose made up of galactose and fructose. As for polymers, a galactan is a polysaccharide consisting of repeating galactose units.

Common biological reactions involving galactose

The process wherein complex carbohydrates are degraded into simpler forms, such as glucose and galactose, is called saccharification. It entails hydrolysis. In humans and other higher animals, this involves an enzymatic action. In a diet containing galactose (e.g. lactose in dairy products), digestion is aided by a β-galactosidase enzyme, Laktase. Lactase catalyzes the hydrolysis of lactose and breaks β-glycosidic bond, resulting in the release of glucose and galactose in the small intestine. As for ceramide-containing diet, the lactase-glycosyleramidase complex breaks the β-glycosidic bond in glycolipids to release galactose.3 In the absence, or inadequacy, of lactase, lactose cannot be digested into simpler monosaccharides and as such, causes lactose intolerance. Lactose undigested in the small intestine moves to colon where the gut bacteria ferment it to lactic acid. As a result, methane and hydrogen gas are produced and cause discomfort, gut distention, and flatulence. Diarrhea ensues as water is drawn in to the intestine by the osmotically active lactic acid. Microorganisms, such as Escherichia coli, can metabolize lactose by producing β-galactosidase from its lac operon system.

Common biological reactions involving galactose

Galactose from dietary sources is taken up by the intestinal cells (enterocytes) through sodium-dependent glucose transporter, the same ATP-driven transport mechanism that absorbs glucose. Thus, glucose competes with galactose during intestinal absorption. Galactose leaves the intestinal cells and enters the bloodstream passiv durch glucose transporter- (GluT-) mediated transport.3

Common biological reactions involving galactose

Galactose is converted into glucose generally by a two-phase process. In the initial phase, β-D-galactose wird umgewandelt in α-D-galactose by the enzyme mutarotase. In the last phase, α-D-galactose wird umgewandelt in uridine diphosphate (UDP)-glucose. This last phase is often through the Leloir pathway. In this pathway, α-D-galactose is phosphorylated though galactokinase produzieren galactose 1-phosphate. Next, galactose 1-phosphate acquires uridine monophosphate (UMP) group from UDP-glucose through the enzyme galactose-1-phosphate uridyltransferase produzieren UDP-galactose. Then, UDP-galactose is interconverted into UDP-glucose by the enzyme UDP galactose-4′-epimerase. In humans and other organisms, an alternative to Leloir pathway is De Ley Duodoroff pathway. Galactose that is converted into glucose is the way by which galactose may enter the glycolytic pathway. The overall reaction would therefore be as follows:
Galactose + ATP → Glucose-1-phosphate + ADP + H +
Phosphoglucomutase catalyzes the isomerization of glucose 1-phosphate to glucose 6-phosphate. In humans, this galactose metabolism occurs in the liver.

Common biological reactions involving galactose

In humans and other mammals, some of the glucose molecules are converted into galactose so that there would more galactose to combine with glucose to produce lactose. This is especially important during milk production. The mammary gland secretes lactose as milk, especially during breastfeeding. Hinweis: galactose may be obtained as well from dietary sources. Die de novo synthesis of glucose and galactose in the mammary gland is called hexoneogenesis.

Common biological reactions involving galactose

Galactan is a polymer of galactose that occurs in hemicelluloses. In plants such as the axlewood ( Anogeissus latifolia) and acacia trees, galactose monomers link together and form galactans.

Common biological reactions involving galactose

Glycosylation is the process of adding a carbohydrate component, such as galactose, to certain proteins and lipids. Galactose forms part of certain glycolipids and glycoproteins. For instance, it may serve as a constituent of cerebroside (a glycolipid comprised of a carbohydrate and a sphingolipid). Cerebrosides are of two types: glucocerebrosides und galactocerebrosides, which have glucose and galactose carbohydrate residues, respectively.

Improper metabolism

Improper metabolism of galactose results in a condition called galactosemia. It is a rare metabolic disorder. One of the typical causes is the heritable genetic mutation involving the synthesis of an enzyme in the Leloir pathway, i.e. galactose 1-phosphate uridyl transferase. Galactosemics are not advised to consume galactose- (and lactose-) containing diet. Otherwise, it could result in diarrhea, vomiting, and eventually to cirrhosis.

Biological importance/functions

Galactose is one of the most common monosaccharides and plays various biological roles. For instance, it acts as an alternative to glucose when the latter is insufficient to the metabolic demands of an organism. It can enter glycolysis to synthesize energy. However, it must go through initial steps prior to entering the glycolytic pathway.
Galactose is a constituent of lactose, the disaccharide of milk. Humans and other milk-producing animals biosynthesize lactose from galactose and glucose. Milk is a vital source of nutrients, especially of neonates.
Galactose is a component of cerebrosides, and as such are called galactocerebrosides as opposed to glucocerebrosides containing glucose instead of galactose. Galactocerebrosides are commonly found in neural tissues and they are the main glycosphingolipid in the brain — presumably, the reason galactose is referred to as the brain sugar. Galactose that is later sulfated is referred to as sulfatide. Sulfatides play a role in immune response and nervous system signaling.
In plants, galactose occurs, such as in flaxseed mucilages and sugar beet. Galactan is a polymer of galactose found in hemicellulose in plants, such as the axlewood ( Anogeissus latifolia) and acacia trees.


Systeme

Genetik

Specialty Collaborations & Other Services

Pediatric Metabolics ( see NW providers [0] )

Co-management should be established with metabolic genetics.

Nutrition, Metabolic ( see NW providers [15] )

Initiates and monitors a lactose-free diet

Genetic Testing and Counseling ( see NW providers [7] )

Helps families understand the inheritance pattern and risks for subsequent children

Development (general)

Specialty Collaborations & Other Services

Early Intervention for Children with Disabilities/Delays ( see NW providers [2] )

All children who test positive for classic galactosemia should be referred to an early intervention program for evaluation and, if indicated, treatment.

Developmental - Behavioral Pediatrics ( see NW providers [1] )

An evaluation by developmental pediatrics may be helpful for children who are behind developmentally or who have attention or learning problems.

Physical Therapy ( see NW providers [0] )

May be helpful for patients with gross motor developmental delays and/or coordination problems/ataxia

Occupational Therapy ( see NW providers [0] )

May be helpful for patients with fine motor delays or problems with activities of daily living

Speech - Language Pathologists ( see NW providers [3] )

May be helpful for patients with language delay or articulation problems.

Eyes/Vision

Specialty Collaborations & Other Services

Pediatric Ophthalmology ( see NW providers [1] )

Periodic visits with pediatric ophthalmology are necessary to monitor for cataracts and treat as needed.

Endocrine/Metabolism

Specialty Collaborations & Other Services

Pediatric Endocrinology ( see NW providers [1] )

Assists in evaluation and management of girls with ovarian insufficiency


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Bemerkungen:

  1. Kitaur

    Ich bin endlich, ich entschuldige mich, es ist nicht die richtige Antwort. Wer kann noch was sagen?

  2. Stan

    Ich denke, das ist eine Täuschung.

  3. Andwearde

    Zweimal nichts.

  4. Istvan

    Ich bin mir dieser Situation bewusst. Wir müssen diskutieren.



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