Laktase

Laktase (3.2.1.108) adalah enzim yang diproduksi oleh banyak organisme dan penting untuk pencernaan susu murni yang lengkap. Enzim ini memecah gula laktosa menjadi komponen-komponennya, galaktosa dan glukosa, gula sederhana yang dapat diserap ke dalam aliran darah melalui usus manusia dan hewan. Laktase adalah sejenis beta-galaktosidase karena memecah ikatan β-glikosidik pada D-laktosa. Reaksi kimia yang dikatalisisnya adalah:

 C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 + panas.
laktosa + H2O → β-D-galaktosa + D-glukosa

Satu-satunya gen manusia yang mengkode laktase adalah LCT atau laktase-florizin hidrolase (simbol alternatif LPH). LCT memiliki domain laktase dan domain florizin hidrolase. Gen ini dikodekan pada kromosom 2. Laktase ditemukan di brush border usus halus manusia dan mamalia. Orang yang kekurangan LCT atau kekurangan LCT fungsional dapat mengalami gejala intoleransi laktosa setelah mengonsumsi produk susu.

β-galaktosidase mikroba yang dapat menghidrolisis laktosa (yaitu laktase dalam arti luas) dapat dibeli sebagai suplemen makanan dan ditambahkan ke dalam susu untuk menghasilkan produk susu "bebas laktosa". Enzim ini dapat langsung memecah laktosa ketika ditambahkan ke dalam produk susu. Beberapa versi dapat bertahan melewati lambung manusia dan memecah laktosa dalam makanan apa pun yang dicerna sebelum mencapai usus besar.

Versi manusia dan hewan 
Sebagaimana disebutkan di atas, laktase manusia adalah protein dengan dua domain β-galaktosidase. Domain laktase berfungsi sebagai laktase, sedangkan domain florizin hidrolase mengkatalisis konversi phlorizin menjadi floretin dan glukosa.

Struktur dan biosintesis
Preprolaktase, produk translasi primer, memiliki struktur primer polipeptida tunggal yang terdiri dari 1927 asam amino. Preprolaktase dapat dibagi menjadi lima domain: (i) urutan sinyal terbelah 19 asam amino; (ii) domain prosekuens besar yang tidak terdapat pada laktase matang; (iii) segmen laktase matang; (iv) jangkar hidrofobik yang membentang di membran; dan (v) ujung karboksil hidrofilik pendek. Urutan sinyal dibelah di retikulum endoplasma, dan pro-LPH 215-kDa yang dihasilkan dikirim ke badan Golgi, tempat ia mengalami glikosilasi berat dan diproses secara proteolitik menjadi bentuk matangnya. Prodomain telah terbukti bertindak sebagai pendamping intramolekuler di RE, mencegah pembelahan tripsin dan memungkinkan LPH mengadopsi struktur 3-D yang diperlukan untuk diangkut ke badan Golgi.

500px|Skema pemrosesan dan lokalisasi produk translasi laktase manusia

Laktase manusia dewasa terdiri dari rantai polipeptida tunggal 160-kDa yang terlokalisasi pada membran brush border sel epitel usus. Rantai ini berorientasi dengan N-terminus di luar sel dan C-terminus di sitosol. LPH mengandung dua situs asam glutamat katalitik. Pada enzim manusia, aktivitas laktase telah dikaitkan dengan Glu-1749, sementara Glu-1273 merupakan tempat fungsi florizin hidrolase.

Ekspresi dan regulasi genetik
Pada manusia, laktase dikodekan oleh satu lokus genetik pada kromosom 2. Enzim ini diekspresikan secara eksklusif oleh enterosit usus halus manusia dan mamalia dan dalam kadar yang sangat rendah di usus besar selama perkembangan janin. Manusia dilahirkan dengan tingkat ekspresi laktase yang tinggi. Pada sebagian besar populasi dunia, transkripsi laktase menurun setelah penyapihan, sehingga mengakibatkan penurunan ekspresi laktase di usus halus, yang menyebabkan gejala umum hipolaktasia tipe dewasa, atau intoleransi laktosa. Gen LCT memberikan instruksi untuk memproduksi laktase. Intoleransi laktosa pada bayi (defisiensi laktase kongenital) disebabkan oleh mutasi pada gen LCT. Mutasi diyakini mengganggu fungsi laktase, menyebabkan bayi yang terkena dampak mengalami gangguan berat dalam mencerna laktosa dalam ASI atau susu formula.

Beberapa segmen populasi menunjukkan persistensi laktase akibat mutasi yang diperkirakan terjadi 5.000–10.000 tahun yang lalu, bertepatan dengan munculnya domestikasi ternak. Mutasi ini memungkinkan hampir separuh populasi dunia untuk memetabolisme laktosa tanpa gejala. Penelitian telah mengaitkan terjadinya persistensi laktase dengan dua polimorfisme nukleotida tunggal yang berbeda, sekitar 14 dan 22 kilobasa di hulu ujung 5' gen LPH. Kedua mutasi, C→T pada posisi -13910 dan G→A pada posisi -22018, telah dikaitkan secara independen dengan persistensi laktase.

Promotor laktase memiliki panjang 150 pasang basa dan terletak di hulu tempat inisiasi transkripsi. Urutan ini sangat terkonservasi pada manusia dan mamalia, yang menunjukkan bahwa regulator cis-transkripsi penting terletak di dekatnya. Cdx-2, HNF-1α, dan GATA telah diidentifikasi sebagai faktor transkripsi. Studi tentang timbulnya hipolaktasia telah menunjukkan bahwa meskipun terdapat polimorfisme, hanya ada sedikit perbedaan dalam ekspresi laktase pada bayi, yang menunjukkan bahwa mutasi menjadi semakin relevan selama perkembangan. Protein pengikat DNA yang diatur secara perkembangan dapat menurunkan regulasi transkripsi atau mengganggu kestabilan transkrip mRNA, yang menyebabkan penurunan ekspresi LPH setelah penyapihan.

Mekanisme
Mekanisme katalitik hidrolisis D-laktosa mempertahankan konfigurasi anomerik substrat dalam produk. Meskipun detail mekanismenya belum pasti, retensi stereokimia dicapai melalui reaksi perpindahan ganda. Studi E. coli laktase telah mengusulkan bahwa hidrolisis dimulai ketika nukleofil glutamat pada enzim menyerang dari sisi aksial karbon galaktosil dalam ikatan β-glikosidik. Penghapusan gugus pergi D-glukosa dapat difasilitasi oleh katalisis asam yang bergantung pada Mg. Enzim dibebaskan dari gugus α-galaktosil melalui serangan nukleofilik ekuatorial oleh air, yang menghasilkan D-galaktosa.

Studi modifikasi substrat telah menunjukkan bahwa gugus 3′-OH dan 2′-OH pada cincin galaktopiranosa sangat penting untuk pengenalan dan hidrolisis oleh laktase manusia dan mamalia. Gugus 3′-hidroksi terlibat dalam pengikatan awal ke substrat, sementara gugus 2′- tidak diperlukan untuk pengenalan tetapi dibutuhkan pada langkah-langkah selanjutnya. Hal ini ditunjukkan oleh fakta bahwa analog 2-deoksi merupakan penghambat kompetitif yang efektif (Ki = 10 mM). Eliminasi gugus hidroksil spesifik pada gugus glukopiranosa tidak menghilangkan katalisis.

Suhu optimum untuk laktase manusia adalah sekitar 37 °C dan pH optimum adalah 6.

500px|Mekanisme yang diusulkan dari hidrolisis laktosa oleh enzim Laktase

Laktase non-manusia dan hewan beserta kegunaannya
Laktase yang diproduksi secara komersial diekstraksi dari khamir seperti Kluyveromyces fragilis dan Kluyveromyces lactis serta dari kapang seperti Aspergillus niger dan Aspergillus oryzae.

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, laktase adalah enzim yang tidak dapat diproduksi oleh sebagian orang di usus halusnya. Tanpa laktase, orang yang intoleran laktosa akan meneruskan laktosa yang tidak tercerna ke usus besar tempat bakteri memecahnya, menghasilkan karbon dioksida yang menyebabkan kentut dan perut kembung. Bentuk laktase komersial dapat memecah laktosa ketika ditambahkan ke makanan atau dimasukkan ke dalam saluran pencernaan manusia.

Ditambahkan pada makanan
Laktase ditambahkan ke produk susu, sehingga menghidrolisis laktosa di dalamnya, membuatnya sedikit manis tetapi dapat dicerna oleh semua orang.

Teknologi untuk memproduksi susu, es krim, dan yoghurt bebas laktosa dikembangkan oleh Dinas Penelitian Pertanian USDA pada tahun 1985. Laktase dari spesies kapang tertentu dianggap GRAS oleh FDA AS; oleh karena itu, laktase diizinkan untuk ditambahkan ke makanan dalam jumlah terbatas sebagai bahan pembantu pemrosesan. Ini adalah salah satu penggunaan komersial utama laktase.

Ditelan
Suplemen laktase dapat digunakan untuk mengobati intoleransi laktosa. Badan Pengawas Obat dan Makanan Amerika Serikat (FDA) belum mengevaluasi produk-produk ini secara independen, tetapi terdapat konsensus bahwa produk-produk ini memang efektif selama potensi yang dinyatakan sesuai dengan yang diklaim pada label.

Bioteknologi
Laktase (secara teknis, β-galaktosidase) juga digunakan untuk menyaring koloni biru-putih di beberapa situs kloning berbagai vektor plasmid pada Escherichia coli atau bakteri lainnya. Selain jenis β-galaktosidase jamur yang disebutkan di atas, bioteknologi juga memanfaatkan β-galaktosidase lacZ E. coli yang terdapat dalam operon lac.

Catatan

Referensi

 Pranala luar 


 E. coli β-galactosidase: 
 Gene Ontology for Lactase
 Making of the Fittest: Got Lactase? The Co-evolution of Genes and Culture
 Lactase persistence shows indication of association with Obesity
 PDBe-KB provides an overview of all the structure information available in the PDB for Human Beta-galactosidase
 PDBe-KB provides an overview of all the structure information available in the PDB for Escherichia coli Beta-galactosidase

Kategori:Bahan tambahan makanan
Kategori:Antiflatulen
Kategori:EC 3.2.1
Kategori:Gen pada kromosom 2
Kategori:Enzim yang strukturnya diketahui
Kategori:Enzim yang digunakan sebagai obat
Kategori:Laktosa