Lactasa

De Viquipèdia
Jump to navigation Jump to search
Infotaula de proteïnaLactasa
1jyn.jpg
Lactasa tetramer, E.Coli
Substància enzim, glúcid i enzim digestiu
Nombre EC 3.2.1.108
Locus Cr. 2 q21
Identificadors
Símbol LCT LAC; LPH; LPH1
HUGO 6530
Entrez 3938
OMIM 603202
RefSeq NM_002299
P09848
Modifica les dades a Wikidata

La lactasa (també anomenada LPH o lactase-phlorizin hydrolase) un tipus de β-galactosidasa, és un enzim produït a l'intestí prim que se sintetitza durant la infància de tots els mamífers. La seva acció és imprescindible en el procés de conversió de la lactosa, sucre doble (disacàrid), en els seus components glucosa i galactosa. La lactasa es produeix a les microvellositats de les cèl·lules epitelials que recobreixen l'intestí. La reacció que catalitza és la següent:

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 + calor.

Pertany a la família de les disacaridases, que són els enzims que s’encarreguen de trencar els disacàrids en els monosacàrids que els formen.

Alguns microorganismes, com bacteris làctics, produeixen lactasa. Això els permet hidrolitzar la lactosa i metabolitzar els seus components: la glucosa via glucòlisi i la galactosa per la ruta de Leloir o la ruta de la tagatosa-6-fosfat.

En els mamífers, amb l'edat es produeix un descens fisiològic de la secreció de lactasa.[1] No obstant això, en els éssers humans s'han desenvolupat mutacions genètiques que permeten la secreció de la lactasa durant la vida adulta, com a part d'una adaptació evolutiva en les poblacions que han seguit consumint llet durant l'edat adulta[2]

La falta de lactasa origina intolerància a la lactosa, que és una anomalia relativament freqüent, sobretot en persones d'avançada edat. S’ha suggerit que la secreció de lactasa a l'etapa adulta humana és una adaptació evolutiva que sorgí fa més de 7.500 anys. Aquesta síntesi de lactasa és característica de la població balcànica.[3]

Mecanisme[modifica]

La temperatura òptima per a la lactasa humana és d'uns 37°C per a la seva activitat[4] i té un pH òptim de 6.[5] Activada, l'enllaç β-glicosídic en D-lactosa s'hidrolitza per formar D-galactosa i D-glucosa.

El mecanisme catalític de la hidròlisi de D-lactosa conserva la configuració anomèrica del substrat en els productes[6] Si bé els detalls del mecanisme són incerts, la retenció estereoquímica s'aconsegueix mitjançant una doble reacció de desplaçament. Estudis de la lactasa d'E. coli han proposat que s'inicia la hidròlisi quan un nucleòfil de glutamat en l'enzim ataca des del costat axial del galactosil carboni en el vincle β-glicosídic.[7] L'eliminació del grup deixant D-glucosa pot ser facilitat per la catàlisi d'àcids dependent de Mg.[7] L'enzim s'allibera de la unitat α-galactosil a causa d'un atac nucleòfil equatorial per l'aigua, que produeix la D-galactosa.[8]

Els estudis de modificació del substrat han demostrat que els grups 3'-OH i 2'-OH en l'anell de galactopiranosa són essencials per al reconeixement i la hidròlisi enzimàtica. El grup 3'-hidroxi està involucrat en unió inicial al substrat mentre que el grup 2'-hidroxi no és necessari per al reconeixement, però és necessari en els passos següents. Això es demostra pel fet que un anàleg de 2-desoxi és un inhibidor competitiu eficaç (Ki = 10 mM). L'eliminació dels grups hidroxil específics en la part de la glucopiranosa no elimina completament la catàlisi. [9]

A més, la lactasa també catalitza la conversió de floricina a floretina i glucosa.

Estructura[modifica]

La lactasa té dues activitats enzimàtiques, una lactasa (beta-D-galactosidasa galacto-hidrolasa) responsable de la hidròlisi de la lactosa, i, una activitat floricina hidrolasa (glicosil-N-acilesfingosina glicohidrolasa). Conté dos llocs catalítics actius: Glu-1749 i Glu-1273. [10]

El producte primari de traducció de la LPH és la pre-pro-lactasa (o pre-pro-LPH) que consta de 1927 aminoàcids. Aquest es pot dividir en cinc dominis diferents: (1) una seqüència escindible de 19 aminoàcids (posició 1-19); (2) una porció de seqüència de 847 aminoàcids que no trobem a la LPH madura (posició 20-868), (3) la LPH madura que conté les activitats hidrolases per la lactasa i la floricina en una sola cadena polipeptídica (posició 867-1927), (4) un grup hidrofòbic que travessa la membrana (26 aminoàcids), i, (5) un segment curt hidrofílic carboxil terminal.[11][12]

Biosíntesis[modifica]

La pre-pro-LPH és processada proteolíticament per eliminar la seqüència de pèptid senyal del N-terminal al RE. [13][14] I, sintetitzada en forma de cadena única N-glicosilada amb una gran quantitat de mannosa, que s’anomena pro-LPH (Mr =  215- 245 kDa).[11][15][16]

La LPH dimeritza durant la seva biosíntesi, en humans, succeeix durant el pas pel RE. A l’aparell de Golgi, la glucosilació amb alt contingut de mannosa es converteix en un complex resistent a endoH i la LPH adquireix glicosilació amb enllaç 0. Això comporta un augment de 4 vegades més de l’activitat enzimàtica.[11]

El propèptid de pro-LPH s’escindeix durant el transport a través de l’aparell de Golgi.[14] En humans, succeeix després de l’Arg734. L’escissió és generada per la furina o per una convertasa similar a la furina.  Això dóna lloc a una LPH processada de 1192 aminoàcids (LPH madura)(Mr = 160 kDa).[11][15]  Aquesta LPH madura serà transportada a la superfície cel·lular. Durant el transport, la LPH madura es processa mitjançant una combinació de peptidases juntament amb un tall final de la tripsina.[17][11]

La LPH madura sense el pro-pèptid no es pot transportar a la superfície cel·lular, i, és degradada intracel·lularment a causa d’un plegament incorrecte. Sembla ser que el pro-pèptid serveix com a xaperona intramolecular que assegura el correcte plegament de la LPH madura per a poder ser transportada cap a la superfície cel·lular.[11]

Regulació i expressió genètica[modifica]

El gen LPH humà compren 55 kb i conté 17 exons amb una llargada d’entre 79 i 1551 pb. Es troba localitzat al cromosoma 2, regió 2q21.[11]

L’activitat intestinal de la lactasa disminueix durant la infància en molts humans. S’ha demostrat que aquest polimorfisme fenotípic de persistència o no persistència a la lactasa en la vida adulta està associat al 100% amb un polimorfisme dels nucleòtids T/C a la posició 13910 i, aproximadament un 97% al polimorfisme A/G de la posició 22018. Per tant, la diferencia molecular entre la persistència a la lactasa i la no persistència és degut a una mutació a la posició 13910.

Els resultats de l’experiment indiquen que la regió 13910 conté un potent amplificador genètic. La regió 13910 tant de la lactasa persistent (13910T) com de la no persistent (13910C) tenen aquesta activitat amplificadora. Ara bé, l’activitat del 13910T amplifica el promotor de la LPH aproximadament 4 vegades més que la variant 13910C. [18]

Anomalies relacionades amb la lactasa[modifica]

Les anomalies relacionades amb la lactasa són:[19]

  • Intolerància a la lactosa: és una síndrome clínica que cursa amb una o més de les següents manifestacions: dolor abdominal, diarrea, nàusees, flatulència i sensació de plenitud després de la ingestió d’un producte que conté lactosa.
  • Malabsorció de lactosa: és un problema fisiològic que s’associa a la intolerància a la lactosa i s’atribueix al desequilibri entre la quantitat de lactosa ingerida i la capacitat de digerir la lactosa.
  • Deficiència primària de lactasa: és l'absència relativa o absoluta de lactasa que se desenvolupa durant la infància i que en la major part dels casos és la causa de la malabsorció i intolerància a la lactosa. Aquesta deficiència també es refereix com hipolactàsia d’adults, absència de la persistència de lactasa o deficiència lactàsica hereditària.
  • Deficiència secundària de lactasa: és la deficiència de lactasa per lesions de l'intestí prim, gastroenteritis aguda, diarrea persistent, quimioteràpia pel càncer, etc. És a dir, per trastorns que alteren la mucosa gàstrica i que es presenten a qualsevol edat, si bé és comú en la infància.
  • Deficiència congènita de lactasa: és un cas extremadament estrany de dèficit de lactasa per causes desconegudes que es presenta en el nadó. Fins que no hi ha hagut els avenços necessaris per al desenvolupament de preparats infantils exemptes de lactosa, els subjectes amb aquest dèficit no podien sobreviure.

Usos[modifica]

Industrial[modifica]

Indústria làctica[modifica]

La intolerància a la lactosa que pateix gran part de la població[20] ha convertit la lactasa en un producte clau a la indústria alimentària, que la fa servir, a baixes concentracions, per catalitzar la reacció d’hidròlisi de lactosa en glucosa i galactosa, ambdós productes metabolitzables per les persones que pateixen la intolerància. A més, es fa servir a la producció de làctics dolços com gelats o llet condensada degut a que, a concentracions de 2000 U/kg durant un dia a 5ºC hidrolitzen aproximadament el 50% de la lactosa, donant lloc a un producte més dolç sense la necessitat de posar sucres afegits, a banda de millorar característiques com la textura. També s’ha tornat un producte clau en l’aprofitament del sèrum de la llet que, degut a la seva alta quantitat de lactosa (4.7% p/v), mitjançant aquest mètode, pot esdevenir un substitut de la llet en pols tradicionalment utilitzada a l’elaboració dels gelats.[21]  

S’han estudiat diverses fonts d’aquest, com Aspergillus oryzae, Aspergillus niger i Trichoderma sp., entre d’altres.[22] [23]

Plasmidi d'expressió[modifica]

L’ampli coneixement que tenim de l’operó lac, que codifica i regula l’expressió de la lactosa, l’ha convertit en un sistema d’expressió molt utilitzat a la biologia molecular. Aquest operó es el paradigma de la regulació genètica negativa i va motivar, a banda d’altres estudis, que Jacques Monod, François Jacob i André Lwoff guanyessin el Nobel de Fisiologia o Medecina l’any 1965.[24]

Mèdic[modifica]

L’ús de la lactasa a l’àmbit de la medicina consisteix en administrar l’enzim juntament amb els productes làctics de manera que redueix la càrrega de lactosa i ajuda a l’organisme a metabolitzar-la, pal·liant els efectes de la intolerància. No obstant, la FDA no ha comprovat ni l’efectivitat ni la seguretat d'aquests suplements.[25]

Vegeu també[modifica]

Referències[modifica]

  1. «Intolerancia a la lactosa Laktosariko intolerantzia» (en castellà). BOL. S VASCO-NAVPEDIATR, 1999, pàg. 33: 18-23.
  2. Deng, Yanyong; Misselwitz, Benjamin; Dai, Ning; Fox, Mark; Deng, Yanyong «Lactose Intolerance in Adults: Biological Mechanism and Dietary Management» (en en). Nutrients, 7, 9, 18-09-2015, pàg. 8020–8035. DOI: 10.3390/nu7095380. PMC: PMC4586575. PMID: 26393648.
  3. Itan Y, Powell A, Beaumont MA, Burger J y Thomas MG. 2009 The Origins of Lactase Persistence in Europe. PLoS Computional Biology '5'(8): e1000491. doi:10.1371/journal.pcbi.1000491.
  4. «Optimizing the enzymatic synthesis of β-d-galactopyranosyl-d-xyloses for their use in the evaluation of lactase activity in vivo» (en en). Bioorganic & Medicinal Chemistry, 15, 14, 15-07-2007, pàg. 4836–4840. DOI: 10.1016/j.bmc.2007.04.067. ISSN: 0968-0896.
  5. SKOVBJERG, Hanne; SJOSTROM, Hans; NOREN, Ove «Purification and Characterisation of Amphiphilic Lactase/Phlorizin Hydrolase from Human Small Intestine». European Journal of Biochemistry, 114, 3, 1981-03, pàg. 653–661. DOI: 10.1111/j.1432-1033.1981.tb05193.x. ISSN: 0014-2956.
  6. Sinnott, Michael L. «Catalytic mechanism of enzymic glycosyl transfer» (en en). Chemical Reviews, 90, 7, 1990-11, pàg. 1171–1202. DOI: 10.1021/cr00105a006. ISSN: 0009-2665.
  7. 7,0 7,1 Juers, Douglas H.; Heightman, Tom D.; Vasella, Andrea; McCarter, John D.; Mackenzie, Lloyd «A Structural View of the Action ofEscherichia coli(lacZ) β-Galactosidase†,‡» (en en). Biochemistry, 40, 49, 2001-12, pàg. 14781–14794. DOI: 10.1021/bi011727i. ISSN: 0006-2960.
  8. Sinnott, Michael L. «Catalytic mechanism of enzymic glycosyl transfer» (en en). Chemical Reviews, 90, 7, 1990-11, pàg. 1171–1202. DOI: 10.1021/cr00105a006. ISSN: 0009-2665.
  9. «Substrate specificity of small-intestinal lactase: Study of the steric effects and hydrogen bonds involved in enzyme-substrate interaction» (en en). Carbohydrate Research, 271, 1, 10-07-1995, pàg. 31–42. DOI: 10.1016/0008-6215(95)00034-Q. ISSN: 0008-6215.
  10. Grünberg, J.; Sterchi, E. E. «Human lactase-phlorizin hydrolase: evidence of dimerization in the endoplasmic reticulum». Archives of Biochemistry and Biophysics, 323, 2, 10-11-1995, pàg. 367–372. DOI: 10.1006/abbi.1995.9952. ISSN: 0003-9861. PMID: 7487100.
  11. 11,0 11,1 11,2 11,3 11,4 11,5 11,6 Norén, Ove; Sjöström, Hans «Structure, biosynthesis and regulation of lactase-phlorizin hydrolase» (en en). Näringsforskning, 45, 1, 2001-12, pàg. 156–160. DOI: 10.3402/fnr.v45i0.1798. ISSN: 0027-7878.
  12. Mantei, N.; Villa, M.; Enzler, T.; Wacker, H.; Boll, W. «Complete primary structure of human and rabbit lactase-phlorizin hydrolase: implications for biosynthesis, membrane anchoring and evolution of the enzyme». The EMBO journal, 7, 9, 1988-9, pàg. 2705–2713. ISSN: 0261-4189. PMID: 2460343.
  13. Wüthrich, M.; Grünberg, J.; Hahn, D.; Jacob, R.; Radebach, I. «Proteolytic processing of human lactase-phlorizin hydrolase is a two-step event: identification of the cleavage sites». Archives of Biochemistry and Biophysics, 336, 1, 01-12-1996, pàg. 27–34. DOI: 10.1006/abbi.1996.0528. ISSN: 0003-9861. PMID: 8951031.
  14. 14,0 14,1 Jacob, Ralf; Peters, Karen; Naim, Hassan Y. «The prosequence of human lactase-phlorizin hydrolase modulates the folding of the mature enzyme». The Journal of Biological Chemistry, 277, 10, 08-03-2002, pàg. 8217–8225. DOI: 10.1074/jbc.M111500200. ISSN: 0021-9258. PMID: 11751874.
  15. 15,0 15,1 Lottaz, D.; Oberholzer, T.; Bähler, P.; Semenza, G.; Sterchi, E. E. «Maturation of human lactase-phlorizin hydrolase. Proteolytic cleavage of precursor occurs after passage through the Golgi complex». FEBS letters, 313, 3, 30-11-1992, pàg. 270–276. ISSN: 0014-5793. PMID: 1446748.
  16. Jacob, R.; Bulleid, N. J.; Naim, H. Y. «Folding of human intestinal lactase-phlorizin hydrolase». The Journal of Biological Chemistry, 270, 31, 04-08-1995, pàg. 18678–18684. ISSN: 0021-9258. PMID: 7629200.
  17. Zecca, Laura; Mesonero, José E; Stutz, Alfred; Poirée, Jean-Claude; Giudicelli, Jean «Intestinal lactase-phlorizin hydrolase (LPH): the two catalytic sites; the role of the pancreas in pro-LPH maturation» (en en). FEBS Letters, 435, 2-3, 18-09-1998, pàg. 225–228. DOI: 10.1016/s0014-5793(98)01076-x. ISSN: 0014-5793.
  18. Troelsen, Jesper T.; Olsen, Jørgen; Møller, Jette; Sjöström, Hans «An upstream polymorphism associated with lactase persistence has increased enhancer activity». Gastroenterology, 125, 6, 2003-12, pàg. 1686–1694. ISSN: 0016-5085. PMID: 14724821.
  19. Heyman MB. 2006. Lactose Intolerance in Infants, Children, and Adolescents. Pediatrics 118 (3): 1279-1286.
  20. Linde, Pablo «La intolerancia a la lactosa aumenta con la edad» (en es). El País [Madrid], 20-02-2012. ISSN: 1134-6582.
  21. «Food Technology and Biotechnology, Vol.42 No.2» (en hr). [Consulta: 7 octubre 2018].
  22. Isil, Seyis,; Nilufer, Aksoz, «Production of Lactase by Trichoderma sp.» (en en). Food Technology and Biotechnology, 42, 2, 15-06-2004. ISSN: 1330-9862.
  23. WOYCHIK, J. H.; HOLSINGER, V. H.. Use of Lactase in the Manufacture of Dairy Products (en en). WASHINGTON, D. C.: AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, 1977-06, p. 67–79. DOI 10.1021/bk-1977-0047.ch005. ISBN 084120375X. 
  24. «Physiology or Medicine Nobel Prize» (en anglès). [Consulta: 7 octubre 2018].
  25. «Drugs & Medications» (en anglès). [Consulta: 7 octubre 2018].

Enllaços externs[modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Lactasa Modifica l'enllaç a Wikidata