Lactase

{{encima
| Name = Lactase
| EC_number =3.2.1.108
| CAS_number=9031-11-2
| IUBMB_EC_number = 3/2/1/108
| GO_code = 0000016
| image = 1jyn.jpg
| width = 270
| caption = Tetrámero de lactase, 'E. coli}}

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 gran 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. 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. Nos humanos a lactase está codificada no xene LCT do cromosoma 2.

 Mecanismo 

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

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 + calorA 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. 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. A separación da D-glicosa saínte pode ser facilitada por unha catálise ácida dependente de Mg. O encima libera o residuo α-galactosil por ataque nucleofílico ecuatorial con auga, que produce a D-galactosa.

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. 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). A eliminación de grupos hidroxilo específicos no residuo de glicopiranosa non elimina completamente a catálise.

miniatura|esquerda|500px|Mecanismo proposto para a hidrólise da lactosa catalizada pola lactase.

 Estrutura e biosíntese 

A pre-pro-lactase é o primeiro produto traducional do encima lactase (ou LPH) e é un polipéptido simple longo de 1927 aminoácidos. 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. 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. 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.

miniatura|esquerda|500px|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. 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.

 Expresión xenética e regulación 

A lactase está codificada nun locus xenético do cromosoma 2 humano. Exprésase exclusivamente nos enterocitos do intestino delgado de mamíferos e, ademais, en niveis moi baixos no colon durante o desenvolvemnto fetal. Os seres humanos nacen con niveis altos de expresión da lactase. Na maioría da poboación mundial, a transcrición é regulada á baixa despois da desteta, polo que a expresión da lactase diminúe no intestino delgado. 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. 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. 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.

O promotor da lactase ten unha lonxitude de 150 pares de bases e está localizado augas arriba preto do sitio de iniciación da transcrición. A secuencia está moi conservada nos mamíferos, o que suxire que están situados preto reguladores transcricionais en cis fundamentais. Identificáronse como factores de transcrición os seguintes: Cdx-2, HNF-1α, e GATA. 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. 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 da desteta.

 Uso industrial 

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

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Lactosa
 Beta-galactosidase

 Ligazóns externas 
 A proteína lactase
 E. coli'' β-galactosidase: PDB - 1JYY
 Uso de lactases na industria láctea
 Evolución recente da tolerancia á lactosa 
 Ontoloxía xénica da lactase

Categoría:Hidrolases