แลคเตส

แลคเตส ( EC 3.2.1.108 ) เป็นเอนไซม์ที่ผลิตโดยสิ่งมีชีวิตหลายชนิดและจำเป็นต่อการย่อยนม อย่างสมบูรณ์ มันย่อยน้ำตาลแลคโตสให้เป็นส่วนประกอบคือกาแลคโตสและกลูโคสซึ่งเป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่สามารถดูดซึมเข้าสู่กระแสเลือดผ่านทางลำไส้ของสัตว์ได้ แลคเตสเป็นเอนไซม์ประเภทβ-galactosidaseเพราะมันย่อยพันธะ β-glycosidic ในD-แลคโตส ปฏิกิริยาเคมีที่มันเร่งปฏิกิริยาคือ:

C H O + H O → C H O + C H O + ความร้อน

แลคโตส + H O → β- D -กาแลคโตส + D -กลูโคส

ยีนของมนุษย์เพียงยีนเดียวที่เข้ารหัสเอนไซม์แลคเตสคือLCTหรือแลคเตส-ฟลอริซินไฮโดรเลส (สัญลักษณ์ทางเลือก LPH) LCT มีโดเมน แลคเตส และ โดเมน ฟลอริซินไฮโดรเลส มันถูกเข้ารหัสบนโครโมโซม 2 [ ^{1 ] [}^{2 ] แล}คเตสพบได้ในขอบแปรงของลำไส้เล็กของมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ คนที่ไม่มีการกลายพันธุ์ที่ทำให้สามารถผลิต LCT ที่ใช้งานได้ต่อไปได้หลังจากวัยทารก อาจมีอาการแพ้แลคโตสหลังจากบริโภคผลิตภัณฑ์นม^{[ 3 ]}

เอนไซม์ β-galactosidases จากจุลินทรีย์ที่สามารถไฮโดรไลซ์แลคโตส (เช่น แลคเตสในความหมายที่กว้างกว่า) ^{[ a ]}สามารถหาซื้อได้ในรูปของอาหารเสริมและเติมลงในนมเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์นม "ปราศจากแลคโตส" เอนไซม์นี้สามารถย่อยสลายแลคโตสได้โดยตรงเมื่อเติมลงในผลิตภัณฑ์นม บางเวอร์ชันสามารถอยู่รอดได้หลังจากผ่านกระเพาะอาหารของมนุษย์และย่อยสลายแลคโตสในอาหารที่รับประทานเข้าไปก่อนที่จะถึงลำไส้ใหญ่

เวอร์ชันสัตว์ (รวมถึงมนุษย์)

ดังที่กล่าวมาข้างต้น แลคเตสของมนุษย์เป็นโปรตีนที่มีโดเมน β-galactosidase สองโดเมน โดเมนแลคเตสทำหน้าที่เป็นแลคเตส ในขณะที่โดเมนฟลอริซินไฮโดรเลสทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนฟลอริซินเป็นฟลอเรตินและกลูโคส

โครงสร้างและการสังเคราะห์ทางชีวภาพ

พรีโปรแลคเตส ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์การแปลขั้นต้น มีโครงสร้างหลักของพอลิเปปไทด์เดี่ยวที่ประกอบด้วยกรดอะมิโน 1927 ตัว^{[ 1 ]}สามารถแบ่งออกเป็นห้าโดเมน ได้แก่ (i) ลำดับสัญญาณ ที่ถูกตัด 19 กรดอะมิโน (ii) โดเมนโปรซีเควนซ์ขนาดใหญ่ที่ไม่มีอยู่ในแลคเตสที่เจริญเต็มที่ (iii) ส่วนของแลคเตสที่เจริญเต็มที่ (iv) ตัวยึดไฮโดรโฟบิกที่ทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ และ (v) ปลายคาร์บอกซิลไฮโดรฟิลิกสั้นๆ^{[ 1 ]}ลำดับสัญญาณจะถูกตัดในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมและโปร-LPH ขนาด 215 kDa ที่ได้จะถูกส่งไปยังเครื่องมือกอลจิซึ่งจะมีการเติมหมู่ไกลโคซิลจำนวนมากและผ่านกระบวนการย่อยสลายโปรตีนจนกลายเป็นรูปแบบที่เจริญเต็มที่^{[ 4 ]}โปรโดเมนได้รับการพิสูจน์แล้วว่าทำหน้าที่เป็นชาเปอโรนภายในโมเลกุลใน ER ป้องกันการตัดด้วยทริปซินและอนุญาตให้ LPH ปรับตัวให้มีโครงสร้าง 3 มิติที่จำเป็นเพื่อขนส่งไปยังเครื่องมือกอลจิ^{[ 5 ]}

แลคเตสของมนุษย์ที่เจริญเต็มที่ประกอบด้วยสายโพลีเปปไทด์เดี่ยวขนาด 160 kDa ที่อยู่บริเวณขอบแปรงของเยื่อหุ้มเซลล์เยื่อบุผิวลำไส้ โดยมีปลาย N อยู่ด้านนอกเซลล์และปลาย C อยู่ในไซโตโซล^{[ 1 ]} LPH มีตำแหน่งกรดกลูตามิกเร่งปฏิกิริยา 2 ตำแหน่ง ในเอนไซม์ของมนุษย์ กิจกรรมของแลคเตสเชื่อมโยงกับ Glu-1749 ในขณะที่ Glu-1273 เป็นตำแหน่งของฟังก์ชันไฮโดรเลสฟลอริซิน^{[ 6 ]}

การแสดงออกและการควบคุมทางพันธุกรรม

ในมนุษย์ แลคเตสถูกเข้ารหัสโดยยีนตำแหน่งเดียวบนโครโมโซม 2 ^{[ 7 ]}มันถูกแสดงออกเฉพาะในเซลล์เยื่อบุลำไส้เล็กของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและในระดับต่ำมากในลำไส้ใหญ่ระหว่างการพัฒนาของทารกในครรภ์^{[ 7 ]}มนุษย์เกิดมาพร้อมกับการแสดงออกของแลคเตสในระดับสูง ในประชากรส่วนใหญ่ของโลก การถอดรหัสแลคเตสจะถูกควบคุมลงหลังจากการหย่านม ส่งผลให้การแสดงออกของแลคเตสในลำไส้เล็กลดลง^{[ 7 ]}ซึ่งเป็นสาเหตุของอาการทั่วไปของภาวะพร่องแลคเตสแบบผู้ใหญ่ หรือภาวะไม่ทนต่อแลคโตส^{[ 8 ]}ยีนLCTให้คำแนะนำในการสร้างแลคเตส ภาวะไม่ทนต่อแลคโตสในทารก (ภาวะขาดแลคเตสแต่กำเนิด) เกิดจากการกลายพันธุ์ใน ยีน LCTเชื่อกันว่าการกลายพันธุ์จะรบกวนการทำงานของแลคเตส ทำให้ทารกที่ได้รับผลกระทบมีความสามารถในการย่อยแลคโตสในนมแม่หรือนมผงลดลงอย่างรุนแรง^{[ 9 ]}

ประชากรบางกลุ่มแสดงอาการคงอยู่ของเอนไซม์แลคเตสอันเนื่องมาจากการกลายพันธุ์ที่สันนิษฐานว่าเกิดขึ้นเมื่อ 5,000–10,000 ปีที่แล้ว ซึ่งตรงกับช่วงที่การเลี้ยงโคเริ่มแพร่หลาย^{[ 10 ]}การกลายพันธุ์นี้ทำให้ประชากรเกือบครึ่งหนึ่งของโลกสามารถเผาผลาญแลคโตสได้โดยไม่มีอาการใดๆ การศึกษาต่างๆ ได้เชื่อมโยงการเกิดอาการคงอยู่ของเอนไซม์แลคเตสกับโพลีมอร์ฟิซึมแบบนิวคลีโอไทด์ เดี่ยวสองแบบที่แตกต่างกัน ซึ่งอยู่ห่างจากปลาย 5' ของยีน LPH ประมาณ 14 และ 22 กิโลเบส^{[ 11 ]}การกลายพันธุ์ทั้งสองแบบ ได้แก่ C→T ที่ตำแหน่ง -13910 และ G→A ที่ตำแหน่ง -22018 ได้ถูกเชื่อมโยงกับอาการคงอยู่ของเอนไซม์แลคเตสอย่างอิสระ^{[ 12 ]}

โปรโมเตอร์ของแลคเตสมีความยาว 150 คู่เบสและตั้งอยู่เหนือตำแหน่งเริ่มต้นการถอดรหัส^{[ 12 ]}ลำดับนี้ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูงในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งบ่งชี้ว่าตัวควบคุมการถอดรหัสแบบซิสที่สำคัญตั้งอยู่ใกล้เคียง^{[ 12 ]} Cdx-2 , HNF-1αและGATAได้รับการระบุว่าเป็นปัจจัยการถอดรหัส^{[ 12 ]}การศึกษาเกี่ยวกับการเริ่มต้นของภาวะขาดแลคเตสแสดงให้เห็นว่าแม้จะมีโพลีมอร์ฟิซึม แต่ก็มีความแตกต่างเพียงเล็กน้อยในการแสดงออกของแลคเตสในทารก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการกลายพันธุ์มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในระหว่างการพัฒนา^{[ 13 ]}โปรตีนที่จับกับ DNA ที่ควบคุมโดยการพัฒนาอาจลดระดับการถอดรหัสหรือทำให้ทรานสคริปต์ mRNA ไม่เสถียร ส่งผลให้การแสดงออกของ LPH ลดลงหลังจากการหย่านม^{[ 13 ]}

กลไก

กลไกเร่งปฏิกิริยาของการไฮโดรไลซิสของD-แลคโตสจะคงโครงสร้างอะโนเมอริกของสารตั้งต้นไว้ในผลิตภัณฑ์^{[ 14 ]}แม้ว่ารายละเอียดของกลไกจะไม่แน่นอน แต่การคงสภาพทางสเตอริโอเคมีนั้นเกิดขึ้นได้ผ่านปฏิกิริยาการแทนที่สองครั้ง การศึกษาเกี่ยวกับแลคเตสของE. coliได้เสนอว่าการไฮโดรไลซิสเริ่มต้นขึ้นเมื่อนิวคลีโอไฟล์กลูตาเมตบนเอนไซม์โจมตีจากด้านแกนของคาร์บอนกาแลคโตซิลในพันธะ β-ไกลโคไซด์^{[ 15 ]}การกำจัดหมู่ที่หลุดออกของD-กลูโคสอาจได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการเร่งปฏิกิริยาด้วยกรดที่ขึ้นอยู่กับ Mg ^{[ 15 ]}เอนไซม์จะถูกปลดปล่อยออกจากหมู่ α-กาแลคโตซิลเมื่อน้ำโจมตีนิวคลีโอไฟล์ที่เส้นศูนย์สูตร ซึ่งทำให้เกิดD-กาแลคโตส^{[ 14 ]}

การศึกษาการดัดแปลงซับสเตรตแสดงให้เห็นว่าหมู่ 3′-OH และ 2′-OH บนวงแหวนกาแลคโตไพราโนสมีความสำคัญต่อการจดจำและการไฮโดรไลซิสโดยแลคเตสของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 16 ]}หมู่ 3′-ไฮดรอกซีมีส่วนเกี่ยวข้องกับการจับกับซับสเตรตในขั้นต้น ในขณะที่หมู่ 2′- ไม่จำเป็นสำหรับการจดจำ แต่จำเป็นในขั้นตอนต่อมา สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอะนาล็อก 2-ดีออกซีเป็นสารยับยั้งการแข่งขันที่มีประสิทธิภาพ (K = 10mM) ^{[ 16 ]}การกำจัดหมู่ไฮดรอกซิลเฉพาะบนหมู่กลูโคไพราโนสไม่ได้กำจัดการเร่งปฏิกิริยา^{[ 16 ]}

อุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแลคเตสของมนุษย์อยู่ที่ประมาณ 37 °C ^{[ 17 ]}และค่า pHที่เหมาะสมที่สุดคือ 6 ^{[ 18 ]}

แลคเตสที่ไม่มาจากสัตว์และประโยชน์ของมัน

แลคเตสที่ผลิตในเชิงพาณิชย์จะถูกสกัดจากทั้งยีสต์เช่นKluyveromyces fragilisและKluyveromyces lactisและจากรา เช่นAspergillus nigerและAspergillus oryzae ^{[ 19 ]}

ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ แลคเตสเป็นเอนไซม์ที่บางคนไม่สามารถผลิตได้ในลำไส้เล็ก^{[ 20 ]}หากไม่มีแลคเตส ผู้ที่แพ้แลคโตสจะผ่านแลคโตสที่ไม่ถูกย่อยไปยังลำไส้ใหญ่ ซึ่งแบคทีเรียจะย่อยสลายแลคโตส ทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งนำไปสู่อาการท้องอืดและมีแก๊สในกระเพาะ^{[ 21 ]}แลคเตสในรูปแบบเชิงพาณิชย์สามารถย่อยแลคโตสได้เมื่อเติมลงในอาหารหรือใส่เข้าไปในระบบทางเดินอาหารของมนุษย์

เติมลงในอาหาร

มีการเติมแลคเตสลงในผลิตภัณฑ์นม ซึ่งจะไฮโดรไลซ์แลคโตสในผลิตภัณฑ์นม ทำให้มีรสหวานเล็กน้อยแต่สามารถย่อยได้สำหรับทุกคน^{[ 22 ]}

เทคโนโลยีในการผลิตนม ไอศกรีม และโยเกิร์ตที่ปราศจากแลคโตสได้รับการพัฒนาโดยหน่วยงานวิจัยทางการเกษตรของกระทรวงเกษตรสหรัฐฯในปี 1985 ^{[ 23 ]}แลคเตสจากเชื้อราบางสายพันธุ์ถือเป็นGRASโดยองค์การอาหารและยาของสหรัฐฯ ดังนั้นจึงอนุญาตให้เติมลงในอาหารในปริมาณจำกัดเพื่อช่วยในการแปรรูปซึ่งเป็นหนึ่งในการใช้งานเชิงพาณิชย์หลักของแลคเตส^{[ 24 ]}^{[ 25 ]}^{[ 26 ]}

รับประทานเข้าไป

อาหารเสริมแลคเตสสามารถใช้รักษาภาวะไม่ทนต่อแลคโตสได้สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกายังไม่ได้ประเมินผลิตภัณฑ์เหล่านี้อย่างอิสระ แต่มีความเห็นพ้องกันว่าผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้ผลตราบใดที่ความเข้มข้นที่ระบุไว้ตรงกับสิ่งที่อ้างไว้บนฉลาก^{[ 27 ]}

เอนไซม์แลคเตสเชิงพาณิชย์ใช้เป็นยาสำหรับรักษาภาวะไม่ทนต่อแลคโตส เนื่องจากเป็นเอนไซม์ การทำงานของมันอาจถูกยับยั้งโดยความเป็นกรดในกระเพาะอาหาร อย่างไรก็ตาม เอนไซม์นี้ถูกบรรจุอยู่ในเม็ดที่ไม่เป็นกรด ทำให้เอนไซม์สามารถผ่านกระเพาะอาหารไปได้อย่างสมบูรณ์และคงอยู่ในลำไส้เล็ก ในลำไส้เล็ก เอนไซม์จะทำหน้าที่ย่อยโมเลกุลของแลคโตสที่รับประทานเข้าไป ทำให้ร่างกายดูดซึมน้ำตาลที่ย่อยแล้วได้ ซึ่งหากไม่ได้รับเอนไซม์นี้ น้ำตาลดังกล่าวจะทำให้เกิดอาการปวดท้องและท้องเสีย เนื่องจากเอนไซม์ไม่ถูกดูดซึม จึงถูกขับออกทางอุจจาระ

เทคโนโลยีชีวภาพ

แลคเตส (ในทางเทคนิคคือ β-กาแลคโตซิเดส) ยังใช้ในการคัดกรองโคโลนีสีฟ้าขาวในบริเวณโคลนนิ่งหลายแห่งของเวกเตอร์พลาสมิด ต่างๆ ในEscherichia coliหรือแบคทีเรียอื่นๆ นอกจาก β-กาแลคโตซิเดสชนิดเชื้อราที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว เทคโนโลยีชีวภาพยังใช้ β-กาแล ค โตซิเดส lacZ ของ E. coli ที่พบในlac operon อีกด้วย ^[²⁸^]^[²⁹^]

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

↑ทั้งเอนไซม์ "แลคเตส" ของมนุษย์และเชื้อราต่างก็เป็นเอนไซม์เบต้า-กาแลคโตซิเดสที่มีความสามารถในการไฮโดรไลซ์แลคโตส อย่างไรก็ตามคณะกรรมการเอนไซม์จัดประเภทเอนไซม์ของเชื้อราเป็นเอนไซม์เบต้า-กาแลคโตซิเดส เนื่องจากเอนไซม์เหล่านี้สามารถไฮโดรไลซ์น้ำตาลได้หลากหลายชนิดมากกว่าแค่แลคโตสและสารที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน

ลิงก์ภายนอก

โปรตีนแลคเตส
เอนไซม์ β-galactosidase จาก E. coli : PDB : 1JYY
ออนโทโลยีของยีนสำหรับแลคเตส
การสร้างผู้ที่แข็งแกร่งที่สุด: คุณมีเอนไซม์แลคเตสหรือไม่? วิวัฒนาการร่วมกันของยีนและวัฒนธรรม
การคงอยู่ของเอนไซม์แลคเตสแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์กับโรคอ้วน
PDBe-KBนำเสนอภาพรวมของข้อมูลโครงสร้างทั้งหมดที่มีอยู่ใน PDB สำหรับเอนไซม์เบตา-กาแลคโตซิเดสของมนุษย์
PDBe-KBนำเสนอภาพรวมของข้อมูลโครงสร้างทั้งหมดที่มีอยู่ใน PDB สำหรับเอนไซม์เบตา-กาแลคโตซิเดสของแบคทีเรีย Escherichia coli

[4] ทั้งเอนไซม์ "แลคเตส" ของมนุษย์และเชื้อราต่างก็เป็นเอนไซม์เบต้า-กาแลคโตซิเดสที่มีความสามารถในการไฮโดรไลซ์แลคโตส อย่างไรก็ตามคณะกรรมการเอนไซม์จัดประเภทเอนไซม์ของเชื้อราเป็นเอนไซม์เบต้า-กาแลคโตซิเดส เนื่องจากเอนไซม์เหล่านี้สามารถไฮโดรไลซ์น้ำตาลได้หลากหลายชนิดมากกว่าแค่แลคโตสและสารที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน

1 ] [

2 ] แล

[ 3 ]

[ a ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

[

[

ไม่มีชื่อบทความ