Lactase

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Lactase
Identificadores
Número EC 3.2.1.108
Número CAS 9031-11-2
Bases de datos
IntEnz vista de IntEnz
BRENDA entrada de BRENDA
ExPASy vista de NiceZyme
KEGG entrada de KEGG
MetaCyc vía metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Gene Ontology AmiGO / EGO
Glicosilceramidase
(Floricina hidrolase)
Identificadores
Número EC 3.2.1.62
Número CAS 9033-10-7
Bases de datos
IntEnz vista de IntEnz
BRENDA entrada de BRENDA
ExPASy vista de NiceZyme
KEGG entrada de KEGG
MetaCyc vía metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Gene Ontology AmiGO / EGO
Lactase
Identificadores
Símbolo LCT
Símbolos alt. LAC; LPH; LPH1
Entrez 3938
HUGO 6530
OMIM 603202
RefSeq NM_002299
UniProt P09848
Outros datos
Número EC 3.2.1.108
Locus Cr. 2 q21

A lactase é un encima que se utiliza para dixerir o azucre lactosa contido no leite, que se produce no aparato dixestivo dos nenos e de parte dos adultos humanos e outros mamíferos. A lactase é esencial para uha completa dixestión do leite, xa que rompe o disacárido lactosa nos seus compoñentes os monosacáridos galactosa e glicosa. A falta do encima lactase pode orixinar a aparición dun cadro de síntomas ao consumir produtos lácteos que se denomina intolerancia á lactosa.[1] A lactase utilízase tamén como un suplemento alimenticio e é engadida ao leite para producir produtos lácteos "libres de lactosa".

A lactase (tamén chamada lactase-floricina hidrolase, ou LPH), forma parte da familia de encimas da β-galactosidase, e é unha glicósido hidrolase que hidroliza a lactosa nos seus compoñentes galactosa e glicosa. A lactase está presente predominantemente no bordo en cepillo formado por microvilli na superficie dos enterocitos que tapizan o intestino delgado.[2] Nos humanos a lactase está codificada no xene LCT do cromosoma 2.[3][4]

Mecanismo[editar | editar a fonte]

A temperatura óptima para o funcionamento da lactase é duns 25 °C.[5] e ten un pH óptimo de 6.[2]

No metabolismo, o enlace β-glicosídico da D-lactosa é hidrolizado para formar D-galactosa e D-glicosa, que poden ser absorbidas no sangue a través das paredes intestinais. A reacción global que cataliza a lactase é:

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 + calor

A lactase tamén cataliza a conversión de floricina a floretina e glicosa.

O mecanismo catalítico da hidrólise da D-lactosa mantén a configuración anomérica dos seus produtos.[6] Aínda que os detalles do mecanismo non se coñecen ben, a retención estereoquímica conséguese por medio dunha dobre reacción de desprazamento. Os estudos feitos coa lactase de E. coli indican que a hidrólise se inicia cando un nucleófilo glutamato do encima ataca desde o lado axial do carbono galactosilo no enlace β-glicosídico.[7] A separación da D-glicosa saínte pode ser facilitada por unha catálise ácida dependente de Mg.[7] O encima libera o residuo α-galactosil por ataque nucleofílico ecuatorial con auga, que produce a D-galactosa.[6]

Estudos sobre a modificación do substrato demostraron que os grupos 3’-OH e 2’-OH do anel de galactopiranosa son esenciais para o recoñecemento encimático e a hidrólise.[8] O grupo 3’-OH está implicado na unión inicial do substrato mentres que o grupo 2’-OH non é necesario para o recoñecemento pero si para os seguintes pasos. Isto demóstrase polo feito de que un análogo 2-desoxi é un inhibidor competitivo efectivo (con Ki = 10mM).[8] A eliminación de grupos hidroxilo específicos no residuo de glicopiranosa non elimina completamente a catálise.[8]

Mecanismo proposto para a hidrólise da lactosa catalizada pola lactase.

Estrutura e biosíntese[editar | editar a fonte]

A pre-pro-lactase é o primeiro produto traducional do encima lactase (ou LPH) e é un polipéptido simple longo de 1927 aminoácidos.[3] Pode dividirse en cinco dominios: (i) unha secuencia sinal de clivaxe de 19 aminoácidos; (ii) un grande dominio prosecuencia que non está presente na lactase madura; (iii) o segmento da lactase madura; (iv) unha áncora hidrofóbica que abrangue o grosor da membrana; e (v) un curto extremo carboxilo terminal hidrofílico.[3] A secuencia sinal é clivada no retículo endoplasmático, e a resultante pro-LPH de 215 kDa é enviada ao aparato de Golgi, onde será fortemente glicosilada e procesada proteoliticamente para dar a forma madura.[9] O prodominio actúa como unha chaperona intramolecular no retículo endoplasmático, impedindo a clivaxe pola tripsina e permitindo que a LPH adopte a estrutura tridimensional necesaria para ser transportada ao aparato de Golgi.[10]

Esquema do procesamento e localización do produto traducional da lactase humana.

A lactase humana madura é unha cadea polipeptídica de 160 kDa que se localiza na membrana do bordo en cepillo das células epiteliais intestinais. Está orientada co extremo N-terminal fóra da célula e o C-terminal no citosol.[3] A LPH contén dous sitios catralíticos de ácido glutámico. No encima humano a actividade de lactase está asociada co Glu-1749, mentres que o Glu-1273 é o sitio para a súa función de floricina hidrolase.[11]

Expresión xenética e regulación[editar | editar a fonte]

A lactase está codificada nun locus xenético do cromosoma 2 humano.[12] Exprésase exclusivamente nos enterocitos do intestino delgado de mamíferos e, ademais, en niveis moi baixos no colon durante o desenvolvemnto fetal.[12] Os seres humanos nacen con niveis altos de expresión da lactase. Na maioría da poboación mundial, a transcrición é regulada á baixa despois do destete, polo que a expresión da lactase diminúe no intestino delgado.[12] En certas persoas a diminución da produción de lactase pode orixinar os síntomas da hipolactasia de tipo adulto ou intolerancia á lactosa.

Algúns segmentos da poboación presentan unha persistencia na expresión da lactase de adultos, o que se cre se debe a unha mutación que ocorreu hai 5.000-10.000 anos e que se estendeu pola poboación, coincidindo co aumento da domesticación do gando vacún.[13] Esta mutación permite que case a metade da poboación mundial poida metabolizar a lactosa sen que se presenten síntomas indesexados. Os estudos ligan a aparición da persistencia da produción de lactase a dous polimorfismos dun só nucleótido de arredor de 14 e 22 kb situados augas arriba do extremo 5' do xene LPH.[14] Ambas as mutacións, consistentes nun cambio C→T na posición -13910 e outro T→ A na posición -22018, foron asociados independentemente á presistencia da lactase.[15]

O promotor da lactase ten unha lonxitude de 150 pares de bases e está localizado augas arriba preto do sitio de iniciación da transcrición.[15] A secuencia está moi conservada nos mamíferos, o que suxire que están situados preto reguladores transcricionais en cis fundamentais.[15] Identificáronse como factores de transcrición os seguintes: Cdx-2, HNF-1α, e GATA.[15] Os estudos sobre o comezo da hipolactasia demostraron que a pesar deses polimorfismos hai pouca diferenza na expresión de lactase nos nenos pequenos, o que indica que esas mutacións se fan cada vez máis relevantes durante o crecemento.[16] Hipotetízase que proteínas de unión ao ADN reguladas polo desenvolvemento regulan á baixa a transcrición ou desestabilizan os transcritos de ARNm, causando un descenso da expresión do encima despois do destete.[16]

Uso industrial[editar | editar a fonte]

A lactase producida comercialmente pode extraerse de lévedos como Kluyveromyces fragilis e Kluyveromyces lactis e doutros fungos, como Aspergillus niger e Aspergillus oryzae.[17] O seu principal uso comercial é degradar a lactosa do leite para facela axeitada para o seu consumo por persoas con intolerancia á lactosa.[18]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Järvelä I, Torniainen S, Kolho KL (2009). "Molecular genetics of human lactase deficiencies". Ann. Med. 41 (8): 568–75. DOI:10.1080/07853890903121033. PMID 19639477. 
  2. 2,0 2,1 Skovbjerg H, Sjöström H, Norén O (March 1981). "Purification and characterisation of amphiphilic lactase/phlorizin hydrolase from human small intestine". Eur. J. Biochem. 114 (3): 653–61. DOI:10.1111/j.1432-1033.1981.tb05193.x. PMID 6786877. 
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 Mantei N, Villa M, Enzler T, Wacker H, Boll W, James P, Hunziker W, Semenza G (September 1988). "Complete primary structure of human and rabbit lactase-phlorizin hydrolase: implications for biosynthesis, membrane anchoring and evolution of the enzyme". EMBO J. 7 (9): 2705–13. PMC 457059. PMID 2460343. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=457059. 
  4. Harvey CB, Fox MF, Jeggo PA, Mantei N, Povey S, Swallow DM (July 1993). "Regional localization of the lactase-phlorizin hydrolase gene, LCT, to chromosome 2q21". Ann. Hum. Genet. 57 (Pt 3): 179–85. DOI:10.1111/j.1469-1809.1993.tb01593.x. PMID 8257087. 
  5. Hermida C, Corrales G, Cañada FJ, Aragón JJ, Fernández-Mayoralas A (July 2007). "Optimizing the enzymatic synthesis of beta-D-galactopyranosyl-D-xyloses for their use in the evaluation of lactase activity in vivo". Bioorg. Med. Chem. 15 (14): 4836–40. DOI:10.1016/j.bmc.2007.04.067. PMID 17512743. 
  6. 6,0 6,1 Sinnott M (November 1990). "Catalytic mechanisms of enzymic glycosyl transfer". Chem. Rev. 90 (7): 1171–1202. DOI:10.1021/cr00105a006. 
  7. 7,0 7,1 Juers D, Heightman T, Vasella A, McCarter J, Mackenzie L, Withers S, Matthews B (December 2001). "A structural view of the action of Escherichia coli (lacZ) β-galactosidase". Biochemistry 40 (49): 14781–94. DOI:10.1021/bi011727i. PMID 11732897. 
  8. 8,0 8,1 8,2 Fernandez P, Cañada F, Jiménez-Barbero J, Martín-Lomas, M (July 1995). "Substrate specificity of small-intestinal lactase: Study of the steric effects and hydrogen bonds involved in enzyme-substrate interaction". Carbohydr. Res. 271 (1): 31–42. DOI:10.1016/0008-6215(95)00034-Q. PMID 7648581. 
  9. Naim HY, Sterchi E, Lentze M (January 1987). "Biosynthesis and maturation of lactase-phlorizin hydrolase in the human small intestinal epithelial cells". Biochem. J. 241 (2): 427–34. PMC 1147578. PMID 3109375. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1147578. 
  10. Naim HY, Jacob R, Naim H, Sambrook J, Gething M (October 1994). "The pro region of human intestinal lactase-phlorizin hydrolase". J. Biol. Chem. 269 (43): 26933–43. PMID 7523415. 
  11. Zecca L, Mesonero J, Stutz A, Poirée J, Guidicelli J, Cursio R, Gloor S, Semenza G (September 1998). "Intestinal lactase-phlorizin hydrolase (LPH): the two catalytic sites; the role of the pancreas in pro-LPH maturation". FEBS Lett. 435 (2–3): 225–8. DOI:10.1016/S0014-5793(98)01076-X. PMID 9762914. 
  12. 12,0 12,1 12,2 Troelsen J, Mitchelmore C, Spodsberg N, Jensen A, Norén O, Sjöström H (March 1997). "Regulation of lactase-phlorizin hydrolase gene expression by the caudal-related homoeodomain protein Cdx-2". Biochem. J. 322 (Pt. 3): 833–838. PMC 1218263. PMID 9148757. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1218263. 
  13. Bersaglier T, Sabeti P, Patterson N, Vanderploeg T, Schaffner S, Drake J, Rhodes M, Reich D, Hirschhorn J (June 2004). "Genetic Signatures of Strong Recent Positive Selection at the Lactase Gene". Am. J. Hum. Gen. 74 (6): 1111–20. DOI:10.1086/421051. PMC 1182075. PMID 15114531. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1182075. 
  14. Kuokkanen M, Enattah N, Oksanen A, Savilhahtl E, Orpana A, Järvela I (May 2003). "Transcriptional regulation of the lactase-phlorizin hydrolase gene by polymorphisms associated with adult-type hypolactasia". Gut. 52 (5): 647–52. DOI:10.1136/gut.52.5.647. PMC 1773659. PMID 12692047. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1773659. 
  15. 15,0 15,1 15,2 15,3 Troelsen J (May 2005). "Adult-type hypolactasia and regulation of lactase expression". Biochim Biophys Acta. 1723 (1–3): 19–32. DOI:10.1016/j.bbagen.2005.02.003. PMID 15777735. 
  16. 16,0 16,1 Wang Y, Harvey C, Hollox E, Phillips A, Poulter M, Clay P, Walker-Smith J, Swallow D (June 1998). "The genetically programmed down-regulation of lactase in children". Gastroenterology 114 (6): 1230–6. DOI:10.1016/S0016-5085(98)70429-9. PMID 9609760. 
  17. Seyis I, Aksoz N (2004). "Production of lactase by Trichoderma sp". Food Technol Biotechnol 42: 121–124. http://public.carnet.hr/ftbrfd/42-121.pdf. 
  18. Tarantino, LM (2003-12-03). "Agency Response Letter GRAS Notice No. GRN 000132". U.S. Food and Drug Administration. http://www.fda.gov/Food/FoodIngredientsPackaging/GenerallyRecognizedasSafeGRAS/GRASListings/ucm153949.htm. Consultado o 2009-09-21. 

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]