ラクターゼ （EC 3.2.1.108）は多くの生物によって産生される酵素であり、 牛乳 の完全な消化に不可欠です。ラクターゼは糖であるラクトースを、動物の腸管を通して血流に吸収される単糖であるガラクトースとグルコースに分解 し ます。 ラクターゼはD- ラクトースのβ-グリコシド結合を分解するため、β-ガラクトシダーゼ の一種です。ラクターゼが触媒する化学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 ラクターゼをコードするヒトの唯一の遺伝子は、LCT またはラクターゼ-フロリジン加水分解酵素 （別名 LPH）です。LCT はラクターゼドメイン とフロリジン加水分解酵素ドメインを持ち、 第 2 染色体 にコードされています。[ 1 ] [ 2 ] 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。乳児期以降も機能的な LCT の産生が継続できる変異を持たない人は、乳製品を 摂取した後に乳糖不耐症 の症状を経験する可能性があります。[ 3 ]
乳糖を加水分解できる微生物由来のβ-ガラクトシダーゼ（広義のラクターゼ）[ a ] は、食品サプリメント として購入でき、牛乳に添加して「乳糖フリー」の乳製品を製造する。この酵素は、乳製品に添加すると直接乳糖を分解することができる。一部の種類は、ヒトの胃を通過しても生存し、摂取した食品中の乳糖が結腸に到達する前に分解することができる。
前述のように、ヒトのラクターゼは2つのβ-ガラクトシダーゼドメインを持つタンパク質です。ラクターゼドメインはラクターゼとして機能し、フロリジン加水分解酵素ドメインはフロリジンを フロレチン とグルコースに変換する反応を触媒します。
構造と生合成 プレプロラクターゼは、主要な翻訳産物であり、1927個のアミノ酸からなる単一のポリペプチド一次構造を持つ。[ 1 ] 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シークエンスドメイン、(iii) 成熟ラクターゼセグメント、(iv) 膜貫通疎水性アンカー、(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る。[ 1 ] 小胞体 で切断され、結果として生じる215 kDaのプロLPHはゴルジ体 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る。[ 4 ] [ 5 ]
成熟したヒト乳糖分解酵素は、腸管上皮細胞の刷子縁膜に局在する単一の160 kDaポリペプチド鎖から構成されています。N末端は細胞外、C末端は細胞質内に配向しています。[ 1 ] [ 6 ]
遺伝子発現と制御 ヒトでは、ラクターゼは第2染色体上の単一の遺伝子座によってコードされています。[ 7 ] [ 7 ] [ 7 ] [ 8 ] は ラクターゼを作るための指示を提供します。乳児の乳糖不耐症（先天性ラクターゼ欠損症）はLCT 遺伝子の変異によって引き起こされます。変異はラクターゼの機能に干渉し、影響を受けた乳児が母乳または粉ミルク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ます。[ 9 ]
一部の集団では、牛の家畜化の始まりと同時期に 5,000 ～ 10,000 年前に発生したと推定される突然変異により、ラクターゼ持続性がみられる。[ 10 ] 一塩基多型と関連付けられている。 [ 11 ] [ 12 ]
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。[ 12 ] [ 12 ] Cdx-2 、HNF-1α 、GATAが 転写因子として同定されている。[ 12 ] [ 13 ] [ 13 ]
機構 D- ラクトース加水分解の触媒機構は、生成物中に基質のアノマー配置を保持する。[ 14 ] 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。[ 15 ] D- グルコース脱離基の除去は、Mg依存性酸触媒作用によって促進される可能性がある。[ 15 ] D- ガラクトースが生成される。[ 14 ]
基質修飾研究により、ガラクトピラノース環上の 3′-OH および 2′-OH 部分が哺乳類ラクターゼによる認識および加水分解に不可欠であることが実証されています。[ 16 ] i = 10mM) という事実によって実証されています。[ 16 ] [ 16 ]
ヒトラクターゼの最適温度は約37 ℃ [ 17 ] pH は6である[ 18 ]。
非動物性ラクターゼとその用途 Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces lactis 酵母と、 Aspergillus niger Aspergillus oryzae [ 19 ]
前述のように、ラクターゼは一部の人が小腸で生成できない酵素です。[ 20 ] [ 21 ]
摂取 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。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が、ラベルに記載されている効能と一致していれば効果があるというコンセンサスがあります。これらはしばしばLactaidという商標名で販売されています。[ 26 ] [ 27 ]
市販のラクターゼは、乳糖不耐症の治療薬として用いられます。酵素であるため、胃酸によってその働きが阻害される可能性があります。しかし、ラクターゼは耐酸性錠剤に包装されているため、胃をそのまま通過して小腸に留まります。小腸では、摂取した乳糖分子に作用し、消化された糖が体内に吸収されるのを助けます。そうでなければ、腹痛や下痢を引き起こす糖が吸収されてしまうのです。ラクターゼは吸収されないため、体外に排出されます。
注記 ↑ ヒトと真菌の「ラクターゼ」はどちらもβ-ガラクトシダーゼであり、ラクトースを加水分解する能力を持っています。しかし、酵素委員会は 、真菌の酵素がラクトースとその類似体だけでなく、より幅広い糖を加水分解するため、β-ガラクトシダーゼに分類しています。
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外部リンク 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 適者生存の法則：乳糖分解酵素はありますか？遺伝子と文化の共進化 ラクターゼ持続性は肥満との関連性を示唆する PDBe-KBは、ヒトβ-ガラクトシダーゼのPDBに登録されているすべての構造情報の概要を提供します。 PDBe-KBは、大腸菌β-ガラクトシダーゼのPDBに登録されているすべての構造情報の概要を提供します。
