Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Лактаза
1jyn.jpg
Тетрамер лактазы, E. coli
Идентификаторы
Номер ЕС3.2.1.108
Количество CAS9031-11-2
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Гликозилцерамидаза
(флоризин гидролаза)
Идентификаторы
Номер ЕС3.2.1.62
Количество CAS9033-10-7
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Не путать с лактозой .
Лактаза
Идентификаторы
СимволLCT
Альт. символыLAC; LPH; LPH1
Ген NCBI3938
HGNC6530
OMIM603202
RefSeqNM_002299
UniProtP09848
Прочие данные
Номер ЕС3.2.1.108
LocusChr. 2 q21
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Лактаза - это фермент, вырабатываемый многими организмами. Он расположен в щеточной каемки из тонкого кишечника человека и других млекопитающих. Лактаза необходима для полного переваривания цельного молока ; он расщепляет лактозу - сахар, придающий молоку сладость. При недостатке лактазы человек, употребляющий молочные продукты, может испытывать симптомы непереносимости лактозы . [1] Лактазу можно приобрести как пищевую добавку, и ее добавляют в молоко для производства «безлактозных» молочных продуктов.

Лактаза (также известный как лактазы-флоризин гидролазы , или ЛПХ ), часть β-галактозидазы семейства ферментов , является гликозид гидролазы участвует в гидролизе части дисахарида лактозы в составной галактозы и глюкозы мономеров . Лактаза присутствует преимущественно вдоль щеточной каемки мембраны дифференцированных энтероцитов , выстилающих ворсинки в тонкой кишке . [2] В организме человека, лактазы кодируется LCT гена .[3] [4]

Использует [ редактировать ]

Использование еды [ править ]

Лактаза - это фермент, который некоторые люди не могут вырабатывать в тонком кишечнике. [5] Без него они не могут расщепить естественную лактозу в молоке, вызывая диарею, газы и вздутие живота при употреблении обычного молока. Технология производства безлактозного молока, мороженого и йогурта была разработана Службой сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США в 1985 году. [6] Эта технология используется для добавления лактазы в молоко, тем самым гидролизуя лактозу, естественным образом содержащуюся в молоке, делая его слегка сладким, но легко усваивается каждым. [7] Без лактазы люди с непереносимостью лактозы передают непереваренную лактозу в толстую кишку [8], где бактерии расщепляют ее, создавая углекислый газ, что приводит к вздутию живота и метеоризму.

Медицинское использование [ править ]

Добавки с лактазой иногда используются для лечения непереносимости лактозы. [9]

Промышленное использование [ править ]

Коммерчески производимая лактаза может быть извлечена как из дрожжей, таких как Kluyveromyces fragilis и Kluyveromyces lactis, так и из плесневых грибов, таких как Aspergillus niger и Aspergillus oryzae . [10] Его основное коммерческое использование в таких добавках, как Lacteeze и Lactaid, заключается в расщеплении лактозы в молоке, чтобы сделать его подходящим для людей с непереносимостью лактозы, [11] [12] Однако Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США официально не оценили эффективность этих продуктов. [13]

Лактаза также используется для скрининга сине-белых колоний в множественных сайтах клонирования различных плазмидных векторов у Escherichia coli или других бактерий. [14]

Механизм [ править ]

Оптимальная температура для лактазы человека составляет около 37 ° C [15], а оптимальный pH - 6. [2]

В процессе метаболизма β-гликозидная связь в D- лактозе гидролизуется с образованием D- галактозы и D- глюкозы, которые могут всасываться через стенки кишечника и попадать в кровоток. Общая реакция, которую катализирует лактаза, - это C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 + тепло.

Каталитический механизм гидролиза D- лактозы сохраняет аномерную конфигурацию субстрата в продуктах. [16] Хотя детали механизма не ясны, стереохимическое сохранение достигается за счет реакции двойного вытеснения. Исследования лактазы E. coli предположили, что гидролиз инициируется, когда глутаматный нуклеофил на фермент атакует с аксиальной стороны галактозильного углерода в β-гликозидной связи. [17] Удаление уходящей группы D- глюкозы может быть облегчено с помощью Mg-зависимого кислотного катализа. [17] Фермент высвобождается из α-галактозильной части при экваториальной нуклеофильной атаке водой, которая производит D- галактозу.[16]

Исследования модификации субстрата показали, что 3'-OH и 2'-OH фрагменты в кольце галактопиранозы важны для ферментативного распознавания и гидролиза. [18] 3'-гидроксигруппа участвует в начальном связывании с субстратом, в то время как 2'-группа не требуется для распознавания, но необходима на последующих этапах. Об этом свидетельствует тот факт, что 2-дезокси-аналог является эффективным конкурентным ингибитором (K i = 10 мМ). [18] Удаление определенных гидроксильных групп на фрагменте глюкопиранозы не устраняет полностью катализ. [18]

Лактаза также катализирует превращение флоризина во флоретин и глюкозу.

Строение и биосинтез [ править ]

Препролактаза, первичный продукт трансляции, имеет единственную первичную структуру полипептида, состоящую из 1927 аминокислот. [3] Его можно разделить на пять доменов: (i) сигнальная последовательность, расщепленная 19 аминокислотами ; (ii) большой домен пропоследовательности, которого нет в зрелой лактазе; (iii) зрелый лактазный сегмент; (iv) гидрофобный якорь, охватывающий мембраны; и (v) короткий гидрофильный карбоксильный конец. [3] Сигнальная последовательность расщепляется в эндоплазматическом ретикулуме , и образующийся 215-кДа про-LPH направляется в аппарат Гольджи , где он сильно гликозилируется и протеолитически процессируется до зрелой формы. [19] Продомен, как было показано, действует как внутримолекулярный шаперон в ER, предотвращая расщепление трипсином и позволяя LPH принимать необходимую трехмерную структуру для транспортировки в аппарат Гольджи. [20]

Схема обработки и локализации трансляционного продукта человеческой лактазы

Зрелая человеческая лактаза состоит из одной полипептидной цепи массой 160 кДа, которая локализуется на мембране щеточной каймы эпителиальных клеток кишечника. Он ориентирован с N-концом вне клетки и C-концом в цитозоле. [3] LPH содержит два каталитических центра глутаминовой кислоты. В человеческом ферменте активность лактазы связана с Glu-1749, в то время как Glu-1273 является участком функции флоризингидролазы. [21]

Генетическая экспрессия и регуляция [ править ]

Лактаза кодируется одним генетическим локусом на хромосоме 2. [22] Она экспрессируется исключительно энтероцитами тонкого кишечника млекопитающих и в очень низких количествах в толстой кишке во время развития плода. [22] Люди рождаются с высоким уровнем экспрессии лактазы. У большей части населения мира транскрипция лактазы снижается после отлучения от груди, что приводит к снижению экспрессии лактазы в тонком кишечнике [22], что вызывает общие симптомы гиполактазии взрослого типа или непереносимости лактозы. [23]

Некоторые сегменты населения демонстрируют персистентность лактазы в результате мутации, которая, как предполагается, произошла 5000–10 000 лет назад, что совпало с ростом приручения крупного рогатого скота. [24] Эта мутация позволила почти половине населения мира бессимптомно метаболизировать лактозу. Исследования связали возникновение персистенции лактазы с двумя разными однонуклеотидными полиморфизмами на расстоянии 14 и 22 килобаз перед 5'-концом гена LPH. [25] Обе мутации, C → T в положении -13910 и G → A в положении -22018, были независимо связаны с персистенцией лактазы. [26]

Промотор лактазы имеет длину 150 пар оснований и расположен прямо перед сайтом инициации транскрипции. [26] Последовательность высококонсервативна у млекопитающих, что позволяет предположить, что критические цис-транскрипционные регуляторы расположены поблизости. [26] Cdx-2 , HNF-1α и GATA были идентифицированы как факторы транскрипции. [26] Исследования начала гиполактазии показали, что, несмотря на полиморфизм, существует небольшая разница в экспрессии лактазы у младенцев, показывая, что мутации становятся все более актуальными в процессе развития. [27]ДНК-связывающие белки, регулируемые развитием, могут подавлять транскрипцию или дестабилизировать транскрипты мРНК, вызывая снижение экспрессии LPH после отъема. [27]

См. Также [ править ]

  • MCM6
  • Стойкость лактазы

Ссылки [ править ]

  1. ^ Järvela I, Торниайнен S, Kolho KL (2009). «Молекулярная генетика лактазной недостаточности человека». Анналы медицины . 41 (8): 568–75. DOI : 10.1080 / 07853890903121033 . PMID  19639477 . S2CID  205586720 .
  2. ^ a b Skovbjerg H, Sjöström H, Norén O (март 1981). «Очистка и характеристика амфифильной лактазы / флоризингидролазы из тонкого кишечника человека» . Европейский журнал биохимии / 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 (сентябрь 1988 г.). «Полная первичная структура лактазы-флоризингидролазы человека и кролика: значение для биосинтеза, закрепления мембраны и эволюции фермента» . Журнал EMBO . 7 (9): 2705–13. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1988.tb03124.x . PMC 457059 . PMID 2460343 .  
  4. ^ Харви CB, Fox MF, Jeggo PA, Mantei N, Поуви S, Swallow DM (июль 1993). «Региональная локализация гена лактазы-флоризингидролазы, LCT, на хромосоме 2q21». Анналы генетики человека . 57 (Pt 3): 179–85. DOI : 10.1111 / j.1469-1809.1993.tb01593.x . PMID 8257087 . S2CID 38604778 .  
  5. ^ «Непереносимость лактозы» . Клиника Мэйо . Клиника Мэйо . Проверено 13 марта 2018 .
  6. ^ Порч, Кейтлин (2018-04-12). «Молоко без лактозы, сыр с низким содержанием жира и другие достижения в молочной промышленности» . www.federallabs.org . Проверено 26 октября 2018 .
  7. ^ «На вопрос: Как молочные заводы производят молоко без лактозы?» . USA Today . 3 сентября 2014 . Проверено 13 марта 2018 .
  8. ^ «Непереносимость лактозы - Симптомы и причины» . Клиника Мэйо . Проверено 8 ноября 2020 .
  9. ^ «Непереносимость лактозы» . НИДДК . Июнь 2014 . Проверено 25 октября 2016 года .
  10. ^ Seyis I, Aksoz N (2004). "Производство лактазы Trichoderma sp" (PDF) . Food Technol Biotechnol . 42 : 121–124.
  11. ^ "Re: Уведомление GRAS для кислой лактазы из Aspergillus oryzae, экспрессируемой в Aspergillus niger" . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США .
  12. ^ Holsinger VH (1992). «История Лактаида» . Инновационные продукты для пищевой промышленности . Сборник публикаций по развитию сельских районов. С. 256–8.
  13. ^ Тарантино, LM (2003-12-03). «Ответное письмо агентства GRAS, извещение № GRN 000132» . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Архивировано из оригинала на 2011-03-26 . Проверено 21 сентября 2009 .
  14. ^ «Введение» . Лактаза . Проверено 16 ноября 2018 .
  15. ^ Hermida C, Корралес G, Cañada FJ, Арагон JJ, Фернандес-Mayoralas A (июль 2007). «Оптимизация ферментативного синтеза бета-D-галактопиранозил-D-ксилоз для их использования в оценке активности лактазы in vivo». Биоорганическая и медицинская химия . 15 (14): 4836–40. DOI : 10.1016 / j.bmc.2007.04.067 . hdl : 10261/81580 . PMID 17512743 . 
  16. ^ a b Sinnott M (ноябрь 1990 г.). «Каталитические механизмы ферментативного переноса гликозила». Chem. Ред . 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 (декабрь 2001 г.). «Структурный вид действия бета-галактозидазы Escherichia coli (lacZ)». Биохимия . 40 (49): 14781–94. DOI : 10.1021 / bi011727i . PMID 11732897 . 
  18. ^ a b c Фернандес П., Каньяда Ф. Дж., Хименес-Барберо Дж., Мартин-Ломас М. (июль 1995 г.). «Субстратная специфичность лактазы тонкого кишечника: исследование стерических эффектов и водородных связей, участвующих во взаимодействии фермент-субстрат». Исследование углеводов . 271 (1): 31–42. DOI : 10.1016 / 0008-6215 (95) 00034-Q . PMID 7648581 . 
  19. ^ Naim ГИ, Sterchi EE, Lentze MJ (январь 1987). «Биосинтез и созревание лактазы-флоризингидролазы в эпителиальных клетках тонкого кишечника человека» . Биохимический журнал . 241 (2): 427–34. DOI : 10.1042 / bj2410427 . PMC 1147578 . PMID 3109375 .  
  20. ^ Naim ГИ, Jacob R, Naim H, Sambrook JF, Gething MJ (октябрь 1994). «Про регион кишечной лактазы-флоризингидролазы человека» . Журнал биологической химии . 269 (43): 26933–43. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 47109-8 . PMID 7523415 . 
  21. ^ Zecca л, Месонеро JE, Стац А, Пуаре JC, Giudicelli Дж, Cursio R, Gloor С.М., Semenza G (сентябрь 1998). «Кишечная лактаза-флоризингидролаза (LPH): два каталитических сайта; роль поджелудочной железы в созревании про-LPH» . Письма FEBS . 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 (март 1997 г.). «Регулирование экспрессии гена лактазы-флоризингидролазы с помощью каудального гомеодоменного белка Cdx-2» . Биохимический журнал . 322 (Pt 3) (Pt. 3): 833–8. DOI : 10.1042 / bj3220833 . PMC 1218263 . PMID 9148757 .  
  23. ^ Ссылка, Genetics Home. «Ген LCT» . Домашний справочник по генетике . Проверено 3 апреля 2018 .
  24. ^ Берсальеры Т, Sabeti ПК, Паттерсона Н, Vanderploeg Т, Шафнер SF, Дреки JA, Родос М, Рейч ДЕ, Хиршхорн Ю.Н. (июнь 2004 года). «Генетические признаки сильного недавнего положительного отбора по гену лактазы» . Американский журнал генетики человека . 74 (6): 1111–20. DOI : 10.1086 / 421051 . PMC 1182075 . PMID 15114531 .  
  25. ^ Куокканен M, Enattah NS, Oksanen A, E Savilahti, Orpana A, Järvela I (май 2003). «Транскрипционная регуляция гена лактазы-флоризингидролазы с помощью полиморфизма, связанного с гиполактазией взрослого типа» . Кишечник . 52 (5): 647–52. DOI : 10.1136 / gut.52.5.647 . PMC 1773659 . PMID 12692047 .  
  26. ^ a b c d Troelsen JT (май 2005 г.). «Гиполактазия взрослого типа и регуляция экспрессии лактазы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие вопросы . 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 (июнь 1998 г.). «Генетически запрограммированное подавление лактазы у детей». Гастроэнтерология . 114 (6): 1230–6. DOI : 10.1016 / S0016-5085 (98) 70429-9 . PMID 9609760 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Белок лактазы
  • E.coli , β-галактозидазы: PDB : 1JYY
  • Генная онтология лактазы
  • Изготовление сильнейшего: есть лактаза? Коэволюция генов и культуры
  • Устойчивость лактазы указывает на связь с ожирением
  • PDBe-KB предоставляет обзор всей структурной информации, доступной в PDB для бета-галактозидазы человека.
  • PDBe-KB предоставляет обзор всей доступной в PDB структурной информации для бета-галактозидазы Escherichia coli