La lactasa ( EC 3.2.1.108) es una enzima producida por muchos organismos y es esencial para la digestión completa de la leche entera . Descompone el azúcar lactosa en sus componentes, galactosa y glucosa . La lactasa se encuentra en el borde en cepillo del intestino delgado de humanos y otros mamíferos. Las personas con deficiencia de lactasa o que carecen de lactasa funcional pueden experimentar síntomas de intolerancia a la lactosa después de consumir productos lácteos . [1] La lactasa se puede comprar como complemento alimenticio y se agrega a la leche para producir productos lácteos "sin lactosa".
La lactasa es una enzima que algunas personas no pueden producir en el intestino delgado. [2] La tecnología para producir leche, helado y yogur sin lactosa fue desarrollada por el Servicio de Investigación Agrícola del USDA en 1985. [3] Esta tecnología se utiliza para agregar lactasa a la leche, hidrolizando así la lactosa que se encuentra naturalmente en la leche, dejando Es ligeramente dulce pero digerible para todos. [4] Sin lactasa, las personas intolerantes a la lactosa pasan la lactosa sin digerir al colon [5] donde las bacterias la descomponen, creando dióxido de carbono y eso provoca hinchazón y flatulencia.
Los suplementos de lactasa se pueden utilizar para tratar la intolerancia a la lactosa . [6]
La lactasa producida comercialmente puede extraerse tanto de levaduras como Kluyveromyces fragilis y Kluyveromyces lactis como de mohos, como Aspergillus niger y Aspergillus oryzae . [7] Su principal uso comercial en suplementos es descomponer la lactosa en la leche para hacerla adecuada para personas con intolerancia a la lactosa. [8] [9] La Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. no ha evaluado estos productos de forma independiente. [10]
La lactasa (o una forma similar de β-galactosidasa ) también se utiliza para detectar colonias blancas azules en los múltiples sitios de clonación de varios vectores plasmídicos en Escherichia coli u otras bacterias. [11] [12]
La temperatura óptima para la lactasa humana es de aproximadamente 37 °C [13] y el pH óptimo es 6. [14]
En el metabolismo , el enlace β-glucosídico de la D -lactosa se hidroliza para formar D -galactosa y D -glucosa, que pueden absorberse a través de las paredes intestinales y llegar al torrente sanguíneo. La reacción general que cataliza la lactasa es la siguiente:
El mecanismo catalítico de la hidrólisis de D -lactosa conserva la configuración anomérica del sustrato en los productos. [15] Si bien los detalles del mecanismo son inciertos, la retención estereoquímica se logra mediante una reacción de doble desplazamiento. Los estudios de la lactasa de E. coli han propuesto que la hidrólisis se inicia cuando un nucleófilo de glutamato en la enzima ataca desde el lado axial del carbono galactosil en el enlace β-glucosídico. [16] La eliminación del grupo saliente de D -glucosa puede verse facilitada por catálisis ácida dependiente de Mg. [16] La enzima se libera del resto α-galactosil tras el ataque nucleofílico ecuatorial del agua, que produce D -galactosa. [15]
Los estudios de modificación de sustratos han demostrado que los restos 3′-OH y 2′-OH en el anillo de galactopiranosa son esenciales para el reconocimiento enzimático y la hidrólisis. [17] El grupo 3′-hidroxi participa en la unión inicial al sustrato, mientras que el grupo 2′- no es necesario para el reconocimiento, pero sí en pasos posteriores. Esto se demuestra por el hecho de que un análogo 2-desoxi es un inhibidor competitivo eficaz (K i = 10 mM). [17] La eliminación de grupos hidroxilo específicos en la fracción glucopiranosa no elimina la catálisis. [17]
La lactasa también cataliza la conversión de florizina en floretina y glucosa.
La lactasa ( Lactaid comercialmente) se utiliza como medicamento para la intolerancia a la lactosa. Dado que es una enzima, su función puede verse inhibida por la acidez del estómago. Sin embargo, está envasado en una tableta a prueba de ácidos, lo que permite que la enzima pase intacta por el estómago y permanezca en el intestino delgado. En el intestino delgado puede actuar sobre las moléculas de lactosa ingeridas, permitiendo que el cuerpo absorba el azúcar digerido que de otro modo causaría calambres y diarrea. Dado que la enzima no se absorbe, se excreta durante la siguiente evacuación intestinal.
La preprolactasa, el producto de traducción primario, tiene una estructura primaria polipeptídica única que consta de 1927 aminoácidos. [18] Se puede dividir en cinco dominios: (i) una secuencia señal escindida de 19 aminoácidos ; (ii) un dominio de prosecuencia grande que no está presente en la lactasa madura; (iii) el segmento de lactasa madura; (iv) un anclaje hidrófobo que atraviesa la membrana; y (v) un extremo carboxilo hidrófilo corto. [18] La secuencia señal se escinde en el retículo endoplásmico y el pro-LPH de 215 kDa resultante se envía al aparato de Golgi , donde se glicosila en gran medida y se procesa proteolíticamente hasta su forma madura. [19] Se ha demostrado que el prodominio actúa como chaperona intramolecular en el RE, evitando la escisión de tripsina y permitiendo que la LPH adopte la estructura tridimensional necesaria para ser transportada al aparato de Golgi. [20]
La lactasa humana madura consta de una única cadena polipeptídica de 160 kDa que se localiza en la membrana del borde en cepillo de las células epiteliales intestinales. Está orientado con el extremo N fuera de la célula y el extremo C en el citosol. [18] LPH contiene dos sitios catalíticos de ácido glutámico. En la enzima humana, la actividad lactasa se ha relacionado con Glu-1749, mientras que Glu-1273 es el sitio de la función florizina hidrolasa. [21]
La lactasa está codificada por un único locus genético en el cromosoma 2. [22] Se expresa exclusivamente en enterocitos del intestino delgado de los mamíferos y en niveles muy bajos en el colon durante el desarrollo fetal. [22] Los seres humanos nacen con altos niveles de expresión de lactasa. En la mayor parte de la población mundial, la transcripción de la lactasa se regula a la baja después del destete, lo que resulta en una disminución de la expresión de la lactasa en el intestino delgado, [22] lo que causa los síntomas comunes de hipolactasia o intolerancia a la lactosa de tipo adulto. [23] El gen LCT proporciona las instrucciones para producir lactasa. La intolerancia a la lactosa en los bebés (deficiencia congénita de lactasa) es causada por mutaciones en el gen LCT . Se cree que las mutaciones interfieren con la función de la lactasa, lo que hace que los bebés afectados tengan una capacidad gravemente afectada para digerir la lactosa en la leche materna o en la fórmula. [24]
Algunos segmentos de la población exhiben persistencia de lactasa como resultado de una mutación que se supone ocurrió hace 5.000 a 10.000 años, coincidiendo con el aumento de la domesticación del ganado. [25] Esta mutación ha permitido que casi la mitad de la población mundial metabolice la lactosa sin síntomas. Los estudios han relacionado la aparición de persistencia de lactasa con dos polimorfismos diferentes de un solo nucleótido aproximadamente 14 y 22 kilobases aguas arriba del extremo 5' del gen LPH. [26] Ambas mutaciones, C→T en la posición -13910 y G→ A en la posición -22018, se han relacionado de forma independiente con la persistencia de la lactasa. [27]
El promotor de la lactasa tiene 150 pares de bases de largo y está ubicado aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción. [27] La secuencia está altamente conservada en los mamíferos, lo que sugiere que los reguladores transcripcionales cis críticos se encuentran cerca. [27] Cdx-2 , HNF-1α y GATA se han identificado como factores de transcripción. [27] Los estudios sobre la aparición de hipolactasia han demostrado que, a pesar de los polimorfismos, existe poca diferencia en la expresión de lactasa en los bebés, lo que demuestra que las mutaciones se vuelven cada vez más relevantes durante el desarrollo. [28] Las proteínas de unión al ADN reguladas por el desarrollo pueden regular negativamente la transcripción o desestabilizar las transcripciones de ARNm, lo que provoca una disminución de la expresión de LPH después del destete. [28]
