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 partes componentes, galactosa y glucosa . La lactasa se encuentra en el borde en cepillo del intestino delgado de los humanos y otros mamíferos. Las personas con deficiencia de lactasa o que carecen de lactasa funcional pueden experimentar los síntomas de intolerancia a la lactosa después de consumir productos lácteos . [1] La β-galactosidasa microbiana (a menudo denominada vagamente lactasa) se puede comprar como un suplemento 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 añadir lactasa a la leche, hidrolizando así la lactosa que se encuentra naturalmente en la leche, dejándola 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 que provoca hinchazón y flatulencia.
Los suplementos de lactasa se pueden utilizar para tratar la intolerancia a la lactosa . [6]
La lactasa producida comercialmente se puede extraer 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 Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos no ha evaluado de forma independiente estos productos. [10]
La lactasa (o una forma similar de β-galactosidasa ) también se utiliza para detectar colonias blancas azules en los sitios de clonación múltiple 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 de 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 la 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 a partir de 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 galactosílico en el enlace β-glicosídico. [16] La eliminación del grupo saliente de D -glucosa puede verse facilitada por la catálisis ácida dependiente de Mg. [16] La enzima se libera de la fracción α-galactosilo tras el ataque nucleofílico ecuatorial por agua, que produce D -galactosa. [15]
Los estudios de modificación del sustrato han demostrado que las fracciones 3'-OH y 2'-OH en el anillo de galactopiranosa son esenciales para el reconocimiento enzimático y la hidrólisis. [17] El grupo 3'-hidroxi está involucrado en la unión inicial al sustrato, mientras que el grupo 2'- no es necesario para el reconocimiento, pero sí en los 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 de 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. Como es una enzima, su función puede verse inhibida por la acidez del estómago. Sin embargo, se presenta 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, lo que permite que el cuerpo absorba el azúcar digerido que, de lo contrario, causaría calambres y diarrea. Como la enzima no se absorbe, se excreta durante la siguiente evacuación intestinal. [ cita requerida ]
La preprolactasa, el producto primario de la traducción, 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 ancla hidrofóbica que abarca 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 glucosila intensamente y se procesa proteolíticamente hasta su forma madura. [19] Se ha demostrado que el prodominio actúa como una chaperona intramolecular en el RE, evitando la escisión de la tripsina y permitiendo que la LPH adopte la estructura tridimensional necesaria para ser transportada al aparato de Golgi. [20]
La lactasa humana madura consiste en una única cadena polipeptídica de 160 kDa que se localiza en la membrana del borde en cepillo de las células epiteliales intestinales. Está orientada con el extremo N-terminal fuera de la célula y el extremo C-terminal en el citosol. [18] La LPH contiene dos sitios catalíticos de ácido glutámico. En la enzima humana, la actividad de la lactasa se ha relacionado con Glu-1749, mientras que Glu-1273 es el sitio de la función de la florizina hidrolasa. [21]
En los seres humanos, la lactasa está codificada por un único locus genético en el cromosoma 2. [22] Se expresa exclusivamente en los 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 lactasa se regula a la baja después del destete, lo que da como resultado una expresión disminuida de lactasa en el intestino delgado, [22] lo que causa los síntomas comunes de hipolactasia de tipo adulto o intolerancia a la lactosa. [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 deteriorada para digerir la lactosa en la leche materna o la fórmula. [24]
Algunos segmentos de la población presentan persistencia de la lactasa como resultado de una mutación que se postula que ocurrió hace 5.000 a 10.000 años, coincidiendo con el surgimiento 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 vinculado la aparición de persistencia de la lactasa a dos polimorfismos de un solo nucleótido diferentes 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 vinculado de forma independiente a la persistencia de la lactasa. [27]
El promotor de la lactasa tiene 150 pares de bases de longitud y está ubicado aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción. [27] La secuencia está altamente conservada en mamíferos, lo que sugiere que los reguladores críticos de la transcripción en cis se encuentran cerca. [27] Cdx-2 , HNF-1α y GATA se han identificado como factores de transcripción. [27] Los estudios de aparición de hipolactasia han demostrado que a pesar de los polimorfismos, existe poca diferencia en la expresión de lactasa en bebés, lo que muestra 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 a la baja la transcripción o desestabilizar las transcripciones de ARNm, lo que causa una disminución de la expresión de LPH después del destete. [ 28 ]
