Лактаза: фермент расщепления лактозы¶

Лактаза — это фермент класса гидролаз, катализирующий расщепление дисахарида лактозы на простые сахара — глюкозу и галактозу. У млекопитающих, включая человека, лактаза синтезируется клетками слизистой оболочки тонкого кишечника и играет ключевую роль в усвоении молочных продуктов. Фермент относится к семейству β-галактозидаз и имеет систематическое название β-D-галактозидгалактогидролаза.

¶Структура и механизм действия

У человека лактаза кодируется геном LCT, расположенным на 2-й хромосоме. Белок состоит примерно из 1927 аминокислотных остатков и после посттрансляционной модификации формирует зрелый фермент, заякоренный в мембране микроворсинок энтероцитов. Активный центр фермента обеспечивает гидролиз β-1,4-гликозидной связи в молекуле лактозы.

Механизм реакции включает присоединение молекулы воды к гликозидной связи, в результате чего образуются две молекулы моносахаридов. Оптимум pH для работы фермента составляет 5,5–6,0, что соответствует кислотности среды в тонком кишечнике. Температурный оптимум человеческой лактазы — около 37 °C.

¶Синтез и регуляция

У новорождённых млекопитающих активность лактазы максимальна, что обеспечивает полноценное питание материнским молоком. У большинства людей после завершения грудного вскармливания активность фермента постепенно снижается — этот процесс называется возрастным снижением активности лактазы. Однако у значительной части взрослого населения (преимущественно потомков популяций с давней традицией молочного животноводства) экспрессия гена LCT сохраняется на высоком уровне на протяжении всей жизни.

Регуляция активности фермента осуществляется на уровне транскрипции. Устойчивость лактазы у взрослых связана с однонуклеотидным полиморфизмом в регуляторной области гена MCM6, расположенного рядом с LCT. Наиболее изученный вариант C/T(-13910) ассоциирован с сохранением экспрессии фермента у жителей Северной Европы.

¶Лактазная недостаточность

Снижение активности лактазы приводит к развитию лактазной недостаточности — состояния, при котором нерасщеплённая лактоза поступает в толстую кишку и подвергается бактериальному брожению. Клинические проявления включают вздутие живота, метеоризм, диарею и абдоминальные боли после употребления молочных продуктов.

Выделяют три основных типа лактазной недостаточности:

• Врождённая — редкое генетическое заболевание с полным отсутствием активности фермента с рождения;
• Первичная (возрастная) — наиболее распространённая форма, обусловленная генетически запрограммированным снижением синтеза фермента с возрастом;
• Вторичная — временное снижение активности, вызванное повреждением слизистой оболочки кишечника при инфекциях, целиакии, болезни Крона или приёме некоторых лекарств.

¶Распространённость

Частота первичной лактазной недостаточности существенно варьирует между популяциями. Среди взрослого населения Юго-Восточной Азии, Африки и коренных народов Америки она достигает 70–100 %. В странах Северной Европы (Швеция, Дания, Финляндия) доля людей с сохранной активностью лактазы превышает 80 %. В России распространённость лактазной недостаточности оценивается в 30–50 % в зависимости от этнической группы.

¶Практическое применение

Препараты лактазы используются в качестве биологически активных добавок к пище для людей с лактазной недостаточностью. Они выпускаются в форме таблеток, капсул или капель и принимаются непосредственно перед употреблением молочных продуктов. Фермент также применяется в пищевой промышленности для производства безлактозного молока и молочной продукции, а также в биотехнологии для получения галактоолигосахаридов.

¶Источники

1. Swallow D. M. Genetics of lactase persistence and lactose intolerance // Annual Review of Genetics, 2003.
2. Ingram C. J. et al. Lactose digestion and the evolutionary genetics of lactase persistence // Human Genetics, 2009.
3. Kretchmer N. Lactose and lactase // Scientific American, 1972.
4. Большая российская энциклопедия. Статья «Лактаза».