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| ラクターゼ | |||||||||
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| EC番号 | 3.2.1.108 | ||||||||
| CAS番号 | 9031-11-2 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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| ラクターゼ | |||||||
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| 識別子 | |||||||
| シンボル | LCTC の | ||||||
| 代替記号 | LAC; LPH; LPH1 | ||||||
| NCBI遺伝子 | 3938 | ||||||
| HGNC | 6530 | ||||||
| オミム | 603202 | ||||||
| 参照シーケンス | NM_002299 | ||||||
| ユニプロット | P09848 | ||||||
| その他のデータ | |||||||
| EC番号 | 3.2.1.108 | ||||||
| 軌跡 | 第2章 q21 | ||||||
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ラクターゼ（EC 3.2.1.108）は多くの生物によって生成される酵素であり、全乳の完全な消化に不可欠です。糖であるラクトース（乳糖）をガラクトースとグルコース（ブドウ糖）に分解します。ラクターゼは、ヒトや他の哺乳類の小腸の刷子縁に存在します。ラクターゼが欠乏している人や機能的なラクターゼを欠いている人は、乳製品を摂取した後に乳糖不耐症の症状を経験する場合があります。[1]微生物由来のβ-ガラクトシダーゼ（ラクターゼと呼ばれることが多い）は食品サプリメントとして購入でき、牛乳に添加して「乳糖を含まない」乳製品を作ることができます。
用途
食品用途
ラクターゼは、一部の人が小腸で生成できない酵素です。[2 ]ラクトースを含まない牛乳、アイスクリーム、ヨーグルトを生産する技術は、1985年に米国農務省農業研究局によって開発されました。 [3]この技術は牛乳にラクターゼを加えるために使用され、それによって牛乳に自然に含まれるラクトースを加水分解し、わずかに甘く、誰でも消化できるものにします。[4]ラクターゼがないと、乳糖不耐症の人は乳糖を消化せずに大腸に送り込み、 [5]そこで細菌が乳糖を分解し、二酸化炭素を発生させて膨満感や鼓腸を引き起こします。
医療用途
ラクターゼサプリメントは乳糖不耐症の治療に使用できます。[6]
工業用途
商業的に生産されるラクターゼは、クルイベロミセス・フラギリスやクルイベロミセス・ラクティスなどの酵母からも、アスペルギルス・ニガーやアスペルギルス・オリゼなどのカビからも抽出できます。[7]サプリメントにおける主な商業用途は、牛乳中の乳糖を分解して乳糖不耐症の人に適したものにすることです。[8] [9]米国食品医薬品局はこれらの製品を独自に評価していません。[10]
ラクターゼ（またはβ-ガラクトシダーゼの類似形態）は、大腸菌や他の細菌のさまざまなプラスミドベクターの多重クローニング部位における青白く光るコロニーのスクリーニングにも使用されます。[11] [12]
機構
ヒトラクターゼの最適温度は約37℃ [13]、最適pHは6である[14]。
代謝において、 D-ラクトースのβ-グリコシド結合は加水分解されてD-ガラクトースとD-グルコースが形成され、腸壁から吸収されて血流に入ります。ラクターゼが触媒する全体的な反応は次のとおりです。
- C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 + 熱。
- 乳糖 + H 2 O → β- D -ガラクトース + D -グルコース
D -ラクトース加水分解の触媒機構は、生成物中の基質のアノマー配置を保持する。[15]機構の詳細は不明であるが、立体化学的保持は二重置換反応によって達成される。大腸菌ラクターゼの研究では、酵素上のグルタミン酸求核剤がβ-グリコシド結合のガラクトシル炭素の軸方向から攻撃すると加水分解が開始されると提案されている。[16] D -グルコース脱離基の除去は、Mg依存性酸触媒によって促進される可能性がある。[16]酵素は、水による赤道求核攻撃によってα-ガラクトシル部分から解放され、D -ガラクトースを生成する。[15]
基質修飾研究により、ガラクトピラノース環の3′-OHおよび2′-OH基は酵素認識および加水分解に必須であることが実証されている。[17] 3′-ヒドロキシ基は基質への初期結合に関与し、2′-基は認識には不要だがその後の段階で必要となる。これは、2-デオキシ類似体が効果的な競合阻害剤であるという事実によって実証されている（Ki = 10mM）。[17]グルコピラノース基の特定のヒドロキシル基を除去しても触媒作用は除去されない。[17]
ラクターゼはフロリジンからフロレチンとグルコース への変換も触媒します。
ラクターゼ（市販品ではラクターゼ）は、乳糖不耐症の治療薬として使用されています。ラクターゼは酵素であるため、胃の酸度によってその機能が阻害されることがあります。しかし、ラクターゼは耐酸性の錠剤に包装されているため、酵素はそのまま胃を通過し、小腸に留まります。小腸では、摂取した乳糖分子に作用し、消化された糖を体に吸収させます。そうしないと、けいれんや下痢を引き起こします。酵素は吸収されないため、次の排便時に排泄されます。[引用が必要]
構造と生合成
主要な翻訳産物であるプレプロラクターゼは、1927個のアミノ酸からなる単一のポリペプチドの一次構造を持っています。[18]これは、(i) 19個のアミノ酸からなる切断されたシグナル配列、(ii) 成熟ラクターゼには存在しない大きなプロ配列ドメイン、(iii) 成熟ラクターゼセグメント、(iv) 膜貫通疎水性アンカー、および(v) 短い親水性カルボキシル末端の5つのドメインに分けられます。[18]シグナル配列は小胞体で切断され、結果として生じる215kDaのプロLPHはゴルジ装置に送られ、そこで高度にグリコシル化され、タンパク質分解によって成熟型に処理されます。[19]プロドメインはER内で分子内シャペロンとして働き、トリプシンによる切断を防ぎ、LPHがゴルジ体への輸送に必要な3D構造をとることを可能にすることが示されています。[20]
成熟したヒトラクターゼは、腸管上皮細胞の刷子縁膜に局在する単一の160kDaポリペプチド鎖から構成されています。N末端が細胞外、C末端が細胞質内に位置しています。[18] LPHには2つの触媒グルタミン酸部位が含まれています。ヒト酵素では、ラクターゼ活性はGlu-1749に関連付けられており、Glu-1273はフロリジン加水分解酵素機能部位です。[21]
遺伝子発現と制御
ヒトでは、ラクターゼは染色体2上の単一の遺伝子座によってコードされている。[22]哺乳類の小腸の腸管上皮細胞でのみ発現し、胎児の発育中の結腸ではごく低レベルで発現する。[22]ヒトは高レベルのラクターゼ発現を持って生まれる。世界の人口のほとんどにおいて、離乳後にラクターゼ転写がダウンレギュレーションされ、小腸でのラクターゼ発現が減少し、[22]成人型低乳糖症、または乳糖不耐症の一般的な症状を引き起こす。[23] LCT遺伝子はラクターゼを作るための指示を与える。乳児の乳糖不耐症（先天性ラクターゼ欠乏症）は、LCT遺伝子の変異によって引き起こされる。変異はラクターゼの機能を妨害し、影響を受けた乳児は母乳または調合乳中の乳糖を消化する能力が著しく損なわれると考えられている。[24]
一部の集団セグメントは、5,000～10,000年前に牛の家畜化が始まった時期に発生したと推定される突然変異の結果、ラクターゼ持続性を示しています。[25]この突然変異により、世界の人口のほぼ半数が症状なしにラクトースを代謝できるようになりました。研究では、ラクターゼ持続性の発生は、LPH遺伝子の5'末端から約14キロベースと22キロベース上流にある2つの異なる一塩基多型に関連しています。 [26]位置-13910のC→Tと位置-22018のG→Aの両方の突然変異は、ラクターゼ持続性と独立して関連付けられています。[27]
ラクターゼプロモーターは150塩基対の長さで、転写開始部位の上流に位置している。[27]この配列は哺乳類で高度に保存されており、重要なシス転写調節因子が近くにあることを示唆している。[27] Cdx-2、HNF-1α、およびGATAが転写因子として同定されている。[27]低乳酸症の発症に関する研究では、多型性にもかかわらず、乳児のラクターゼ発現にはほとんど違いがないことが実証されており、変異は発達中にますます重要になることが示されている。[28]発達的に調節されるDNA結合タンパク質は、転写を下方制御するか、mRNA転写物を不安定化させ、離乳後のLPH発現の減少を引き起こす可能性がある。[28]
参照
参考文献
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ラクターゼに関連するメディアがあります。
- ラクターゼタンパク質
- 大腸菌β-ガラクトシダーゼ: PDB : 1JYY
- ラクターゼの遺伝子オントロジー
- 適者生存の誕生：ラクターゼは存在するか？遺伝子と文化の共進化
- ラクターゼの持続性は肥満との関連性を示している
- PDBe-KBは、ヒトβ-ガラクトシダーゼのPDBで利用可能なすべての構造情報の概要を提供します。
- PDBe-KBは、大腸菌ベータガラクトシダーゼのPDBで利用可能なすべての構造情報の概要を提供します。