Laktáza - Lactase

Laktáza
1jyn.jpg
Laktamový tetramer, E-coli
Identifikátory
EC číslo3.2.1.108
Číslo CAS9031-11-2
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO
Glykosylceramidáza
(Florizin hydroláza)
Identifikátory
EC číslo3.2.1.62
Číslo CAS9033-10-7
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO
Nesmí být zaměňována s Laktóza.
Laktáza
Identifikátory
SymbolLCT
Alt. symbolyLAC; LPH; LPH1
Gen NCBI3938
HGNC6530
OMIM603202
RefSeqNM_002299
UniProtP09848
Další údaje
EC číslo3.2.1.108
MístoChr. 2 q21

Laktáza je enzym produkovaný mnoha organismy. Nachází se v okraj kartáče z tenké střevo lidí a jiných savců. Laktáza je nezbytná pro úplné trávení celku mléko; rozpadá se laktóza, a cukr což dává mléku jeho sladkost. Nedostatek laktázy může mít osoba konzumující mléčné výrobky příznaky laktózová intolerance.[1] Laktázu lze zakoupit jako doplněk stravy a přidává se do mléka k výrobě mléčných výrobků bez laktózy.

Laktáza (také známá jako laktáza-florizinová hydrolázanebo LPH), součást β-galaktosidáza rodina enzymy, je glykosid hydroláza podílí se na hydrolýza z disacharid laktózu do složky galaktóza a glukóza monomery. Laktáza je přítomna převážně podél okraj kartáče membrána diferencovaných enterocyty obložení klky z tenké střevo.[2] U lidí je laktáza kódována LCT gen.[3][4]

Použití

Použití potravin

Laktáza je enzym, který někteří lidé nejsou schopni produkovat v tenkém střevě.[5] Bez ní nemohou rozložit přirozenou laktózu v mléce a zanechat při pití běžného mléka průjem, plyn a nadýmání. Technologie na výrobu mléka, zmrzliny a jogurtu bez laktózy byla vyvinuta USDA Služba pro zemědělský výzkum v roce 1985.[6] Tato technologie se používá k přidání laktázy do mléka, čímž hydrolyzuje laktózu přirozeně se vyskytující v mléce a zanechává ji mírně sladkou, ale stravitelnou pro všechny.[7] Bez laktázy předávají lidé nesnášející laktózu laktózu nestrávenou do tlustého střeva[8] kde ho bakterie rozkládají a vytvářejí oxid uhličitý, což vede k nadýmání a nadýmání.

Lékařské použití

Laktázové doplňky se někdy používají k léčbě intolerance laktózy.[9]

Průmyslové použití

Laktázu vyráběnou komerčně lze extrahovat jak z droždí jako Kluyveromyces fragilis a Kluyveromyces lactis a z forem, jako je Aspergillus niger a Aspergillus oryzae.[10] Jeho hlavním komerčním využitím v doplňcích, jako jsou Lacteeze a Lactaid, je štěpení laktózy v mléce, aby byla vhodná pro lidi s intolerancí laktózy,[11][12] Nicméně US Food and Drug Administration formálně nehodnotila účinnost těchto produktů.[13]

Laktáza se také používá k screeningu Modrá bílá kolonie v více klonovacích stránek různých plazmidové vektory v Escherichia coli nebo jiné bakterie.[14]

Mechanismus

Optimální teplota pro lidskou laktázu je asi 37 ° C[15] a optimum pH je 6.[2]

v metabolismus, β-glykosidová vazba v D-laktóza se hydrolyzuje za vzniku D-galaktóza a D-glukóza, která může být absorbována střevními stěnami a do krevního řečiště. Celková reakce, kterou laktáza katalyzuje, je C.12H22Ó11 + H2O → C.6H12Ó6 + C.6H12Ó6 + teplo.

Katalytický mechanismus Dhydrolýza laktózy zachovává v produktech anomerní konfiguraci substrátu.[16] I když jsou podrobnosti mechanismu nejisté, stereochemické retence se dosáhne při reakci s dvojitým posunem. Studie z E-coli laktázy navrhly, že hydrolýza je zahájena, když glutamátový nukleofil na enzymu napadne z axiální strany galaktosyl uhlíku v p-glykosidové vazbě.[17] Odstranění D-glukóza odstupující skupina může být usnadněna kyselou katalýzou závislou na Mg.[17] Enzym se uvolňuje z α-galaktosylové části po rovníkovém nukleofilním útoku vodou, která produkuje D-galaktóza.[16]

Studie modifikace substrátu prokázaly, že 3'-OH a 2'-OH skupiny na galaktopyranózovém kruhu jsou nezbytné pro enzymatické rozpoznávání a hydrolýzu.[18] 3'-hydroxyskupina se účastní počáteční vazby na substrát, zatímco 2'-skupina není nezbytná pro rozpoznání, ale je nutná v následujících krocích. To dokazuje skutečnost, že 2-deoxy analog je účinným kompetitivním inhibitorem (K.i = 10 mM).[18] Eliminace specifických hydroxylových skupin na glukopyranosové části zcela nevylučuje katalýzu.[18]

Navrhovaný mechanismus hydrolýzy laktózy pomocí enzymu laktázy

Laktáza také katalyzuje přeměnu phlorizin na phloretin a glukóza.

Struktura a biosyntéza

Preprolaktáza, primární produkt translace, má primární primární strukturu jednoho polypeptidu sestávající z 1927 aminokyselin.[3] Lze jej rozdělit do pěti domén: (i) rozštěpená 19-aminokyselina sekvence signálu; (ii) velká prosekční doména, která není přítomna ve zralé laktáze; (iii) segment zralé laktázy; (iv) membránově překlenující hydrofobní kotva; a (v) krátký hydrofilní karboxylový konec.[3] Signální sekvence je štěpena v endoplazmatické retikulum a výsledný 215 kDa pro-LPH je odeslán do Golgiho aparát, kde je silně glykosylován a proteolyticky zpracován do své zralé formy.[19] Ukázalo se, že prodoména působí jako intramolekulární chaperon v ER, brání štěpení trypsinem a umožňuje LPH přijmout nezbytnou 3-D strukturu, která má být transportována do Golgiho aparátu.[20]

Schéma zpracování a lokalizace translačního produktu lidské laktázy

Zralá lidská laktáza se skládá z jediného 160-kDa polypeptidového řetězce, který se lokalizuje na membráně okraje štětce epiteliálních buněk střeva. Je orientován na N-konec vně buňky a C-konec v cytosolu.[3] LPH obsahuje dvě katalytická místa s kyselinou glutamovou. V lidském enzymu byla aktivita laktázy spojena s Glu-1749, zatímco Glu-1273 je místem funkce florizinhydrolázy.[21]

Genetické vyjádření a regulace

Laktáza je kódována jediným genetickým lokusem na chromozomu 2.[22] Je exprimován výlučně enterocyty tenkého střeva savců a ve velmi nízkých hladinách v tlustém střevě během vývoje plodu.[22] Lidé se rodí s vysokou úrovní exprese laktázy. U většiny světové populace je transkripce laktázy po odstavení snížena, což vede ke snížené expresi laktázy v tenkém střevě,[22] který způsobuje běžné příznaky hypolaktázie dospělého typu nebo nesnášenlivosti laktózy.[23]

Některé segmenty populace vykazují perzistenci laktázy jako důsledek mutace, u níž se předpokládá, že k ní došlo před 5 000–10 000 lety, což se shoduje se vzestupem domestikace skotu.[24] Tato mutace umožnila téměř polovině světové populace metabolizovat laktózu bez příznaků. Studie spojily výskyt persistence laktázy se dvěma různými jedno-nukleotidovými polymorfismy přibližně 14 a 22 kilobáz proti směru od 5'-konce genu LPH.[25] Obě mutace, C → T v poloze -13910 a G → A v poloze -22018, byly nezávisle spojeny s perzistencí laktázy.[26]

Laktázový promotor je dlouhý 150 párů bází a nachází se těsně před místem iniciace transkripce.[26] Sekvence je u savců vysoce konzervativní, což naznačuje, že se poblíž nacházejí kritické regulátory cis-transkripce.[26] Cdx-2, HNF-la, a GATA byly identifikovány jako transkripční faktory.[26] Studie nástupu hypolaktázie prokázaly, že navzdory polymorfismům existuje malý rozdíl v expresi laktázy u kojenců, což ukazuje, že mutace se během vývoje stávají stále relevantnějšími.[27] Vývojově regulované proteiny vázající DNA mohou down-regulovat transkripci nebo destabilizovat transkripty mRNA, což způsobí sníženou expresi LPH po odstavení.[27]

Viz také

Reference

  1. ^ Järvelä I, Torniainen S, Kolho KL (2009). "Molekulární genetika nedostatků lidské laktázy". Annals of Medicine. 41 (8): 568–75. doi:10.1080/07853890903121033. PMID  19639477. S2CID  205586720.
  2. ^ A b Skovbjerg H, Sjöström H, Norén O (březen 1981). „Čištění a charakterizace amfifilní laktázy / florizinové hydrolázy z lidského tenkého střeva“. European Journal of Biochemistry / FEBS. 114 (3): 653–61. doi:10.1111 / j.1432-1033.1981.tb05193.x. PMID  6786877.
  3. ^ A b C d Mantei N, Villa M, Enzler T, Wacker H, Boll W, James P, Hunziker W, Semenza G (září 1988). „Kompletní primární struktura lidské a králičí laktázy-florizinové hydrolázy: důsledky pro biosyntézu, zakotvení membrány a vývoj enzymu“. Časopis EMBO. 7 (9): 2705–13. doi:10.1002 / j.1460-2075.1988.tb03124.x. PMC  457059. PMID  2460343.
  4. ^ Harvey CB, Fox MF, Jeggo PA, Mantei N, Povey S, Swallow DM (červenec 1993). „Regionální lokalizace genu pro laktázu-florizinhydrolázu, LCT, na chromozom 2q21“. Annals of Human Genetics. 57 (Pt 3): 179–85. doi:10.1111 / j.1469-1809.1993.tb01593.x. PMID  8257087. S2CID  38604778.
  5. ^ "Laktózová intolerance". Klinika Mayo. Klinika Mayo. Citováno 13. března 2018.
  6. ^ Veranda, Kaitlyn (04.04.2018). „Mléko bez laktózy, nízkotučné sýry a další mléčné výrobky“. www.federallabs.org. Citováno 2018-10-26.
  7. ^ „Dotaz: Jak mlékárny vyrábějí mléko bez laktózy?“. USA dnes. 3. září 2014. Citováno 13. března 2018.
  8. ^ „Intolerance laktózy - příznaky a příčiny“. Klinika Mayo. Citováno 2020-11-08.
  9. ^ "Laktózová intolerance". NIDDK. Červen 2014. Citováno 25. října 2016.
  10. ^ Seyis I, Aksoz N (2004). "Produkce laktázy Trichoderma sp." (PDF). Food Technol Biotechnol. 42: 121–124.
  11. ^ „Re: Oznámení GRAS o kyselé laktáze z Aspergillus oryzae vyjádřené v Aspergillus niger“. United States Food and Drug Administration.
  12. ^ Holsinger VH (1992). "The Lactaid Story". Inovativní výrobky pro potravinářský průmysl. Sbírka publikací o rozvoji venkova. str. 256–8.
  13. ^ Tarantino, LM (2003-12-03). „Dopis agentury o reakci na oznámení GRAS č. GRN 000132“. US Food and Drug Administration. Archivovány od originál dne 26.03.2011. Citováno 2009-09-21.
  14. ^ "Úvod". Laktáza. Citováno 2018-11-16.
  15. ^ Hermida C, Corrales G, Cañada FJ, Aragón JJ, Fernández-Mayoralas A (červenec 2007). „Optimalizace enzymatické syntézy beta-D-galaktopyranosyl-D-xylosy pro jejich použití při hodnocení aktivity laktázy in vivo“. Bioorganická a léčivá chemie. 15 (14): 4836–40. doi:10.1016 / j.bmc.2007.04.067. hdl:10261/81580. PMID  17512743.
  16. ^ A b Sinnott M (listopad 1990). "Katalytické mechanismy přenosu enzymatického glykosylu". Chem. Rev. 90 (7): 1171–1202. doi:10.1021 / cr00105a006.
  17. ^ A b Juers DH, Heightman TD, Vasella A, McCarter JD, Mackenzie L, Withers SG, Matthews BW (prosinec 2001). „Strukturální pohled na působení beta-galaktosidázy z Escherichia coli (lacZ)“. Biochemie. 40 (49): 14781–94. doi:10.1021 / bi011727i. PMID  11732897.
  18. ^ A b C Fernandez P, Cañada FJ, Jiménez-Barbero J, Martín-Lomas M (červenec 1995). „Substrátová specificita laktázy v tenkém střevě: studium stérických účinků a vodíkových vazeb zapojených do interakce enzym-substrát“. Výzkum sacharidů. 271 (1): 31–42. doi:10.1016 / 0008-6215 (95) 00034-Q. PMID  7648581.
  19. ^ Naim HY, Sterchi EE, Lentze MJ (leden 1987). „Biosyntéza a zrání laktázy-florizinové hydrolázy v lidských epiteliálních buňkách tenkého střeva“. The Biochemical Journal. 241 (2): 427–34. doi:10.1042 / bj2410427. PMC  1147578. PMID  3109375.
  20. ^ Naim HY, Jacob R, Naim H, Sambrook JF, Gething MJ (říjen 1994). "Pro oblast lidské střevní laktázy-florizinové hydrolázy". The Journal of Biological Chemistry. 269 (43): 26933–43. PMID  7523415.
  21. ^ Zecca L, Mesonero JE, Stutz A, Poirée JC, Giudicelli J, Cursio R, Gloour SM, Semenza G (září 1998). „Intestinální laktáza-florizinová hydroláza (LPH): dvě katalytická místa; role slinivky břišní při dozrávání pro-LPH“. FEBS Dopisy. 435 (2–3): 225–8. doi:10.1016 / S0014-5793 (98) 01076-X. PMID  9762914. S2CID  33421778.
  22. ^ A b C Troelsen JT, Mitchelmore C, Spodsberg N, Jensen AM, Norén O, Sjöström H (březen 1997). „Regulace exprese genu laktázy-florizinové hydrolázy pomocí kaudálně příbuzného proteinu homoeodomény Cdx-2“. The Biochemical Journal. 322 (Pt 3) (Pt. 3): 833–8. doi:10.1042 / bj3220833. PMC  1218263. PMID  9148757.
  23. ^ Reference, Genetics Home. "Gen LCT". Genetická domácí reference. Citováno 3. dubna 2018.
  24. ^ Bersaglieri T, Sabeti PC, Patterson N, Vanderploeg T, Schaffner SF, Drake JA, Rhodes M, Reich DE, Hirschhorn JN (červen 2004). "Genetické podpisy nedávné silné pozitivní selekce na genu laktázy". American Journal of Human Genetics. 74 (6): 1111–20. doi:10.1086/421051. PMC  1182075. PMID  15114531.
  25. ^ Kuokkanen M, Enattah NS, Oksanen A, Savilahti E, Orpana A, Järvelä I (květen 2003). „Transkripční regulace genu laktázy-florizinové hydrolázy polymorfismy spojenými s hypolaktasií dospělého typu“. Střevo. 52 (5): 647–52. doi:10,1136 / gut. 52,5.647. PMC  1773659. PMID  12692047.
  26. ^ A b C d Troelsen JT (květen 2005). "Hypolaktasie dospělého typu a regulace exprese laktázy". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Obecné předměty. 1723 (1–3): 19–32. doi:10.1016 / j.bbagen.2005.02.003. PMID  15777735.
  27. ^ A b Wang Y, Harvey CB, Hollox EJ, Phillips AD, Poulter M, Clay P, Walker-Smith JA, Swallow DM (červen 1998). „Geneticky naprogramovaná down-regulace laktázy u dětí“. Gastroenterologie. 114 (6): 1230–6. doi:10.1016 / S0016-5085 (98) 70429-9. PMID  9609760.

externí odkazy