乳糖酶

乳糖酵素是许多生物体产生的一种酶。 它位于人类和其他哺乳动物小肠的刷状缘。 乳糖酵素对于全脂牛奶的完全消化是必不可少的； 它分解乳糖，一种赋予牛奶甜味的糖。 缺乏乳糖酶并食用乳制品的人可能会出现乳糖不耐症的症状。 乳糖醇可以作为食品补充剂购买，添加到牛奶中生产无乳糖奶制品。

乳糖醇（也称为乳糖酶-根皮苷水解酶，或 LPH）是 β-半乳糖苷酶家族的一部分，是一种糖苷水解酶，参与将二糖乳糖水解成半乳糖和葡萄糖单体。 乳糖醇主要存在于小肠绒毛内衬的分化肠细胞的刷状缘膜上。 在人类中，乳糖酶由 2 号染色体上的 LCT 基因编码。

乳糖酵素是一些人无法在小肠中产生的酶。 美国农业部农业研究局于 1985 年开发了生产无乳糖牛奶、冰淇淋和酸奶的技术。该技术用于在牛奶中添加乳糖酶，从而水解牛奶中天然存在的乳糖，使牛奶略带甜味但易于消化 每个人。 如果没有乳糖酶，乳糖不耐症患者会将未消化的乳糖传递到结肠，在那里细菌将其分解，产生二氧化碳，从而导致腹胀和胀气。

乳糖酸补充剂有时用于治疗乳糖不耐症。

商业生产的乳糖发酵既可以从酵母中提取，如脆弱克鲁维酵母和乳酸克鲁维酵母，也可以从霉菌中提取，如黑曲霉和米曲霉。 它在 Lacteeze 和 Lactaid 等补充剂和产品中的主要商业用途是分解牛奶中的乳糖，使其适合乳糖不耐症患者。 美国食品和药物管理局尚未独立评估这些产品。

乳糖醇（或类似形式的 β-半乳糖苷酶）也用于筛选大肠杆菌或其他细菌中各种质粒载体的多克隆位点中的蓝白色菌落。

人类乳糖酶的最适温度约为 37°C，最适 pH 值为 6。

在新陈代谢中，D-乳糖中的β-糖苷键水解形成D-半乳糖和D-葡萄糖，可通过肠壁吸收进入血液。 乳糖酶催化的总反应为C12H22O11+H2O→C6H12O6+C6H12O6+热。

D-乳糖水解的催化机制保留了产物中的底物异头构型。 虽然该机制的细节尚不确定，但立体化学保留是通过双置换反应实现的。 对大肠杆菌乳糖酶的研究表明，当酶上的谷氨酸亲核试剂从 β-糖苷键中半乳糖基碳的轴向侧攻击时，就会引发水解。 Mg 依赖性酸催化可促进 D-葡萄糖离去基团的去除。 在水的赤道亲核攻击下，该酶从 α-半乳糖基部分释放出来，从而产生 D-半乳糖。

底物修饰研究表明，吡喃半乳糖环上的 3'-OH 和 2'-OH 部分对于酶促识别和水解至关重要。 3'-羟基参与与底物的初始结合，而 2'- 基团不是识别所必需的，但在后续步骤中需要。 2-脱氧类似物是一种有效的竞争性抑制剂 (Ki = 10mM) 这一事实证明了这一点。 消除吡喃葡萄糖部分上的特定羟基并不会消除催化作用。

乳糖酵素还催化根皮苷转化为根皮素和葡萄糖。

前泌乳酶是主要的翻译产物，具有由 1927 个氨基酸组成的单一多肽一级结构。 它可分为五个结构域：(i) 19 个氨基酸的裂解信号序列； (ii) 成熟乳糖酶中不存在的大型原序列域； (iii) 成熟的乳糖酶部分； (iv) 跨膜疏水锚； (v) 短的亲水性羧基末端。

信号序列在内质网中被切割，产生的 215-kDa pro-LPH 被送到高尔基体，在那里它被高度糖基化和蛋白水解加工成其成熟形式。 prodomain 已被证明在 ER 中充当分子内伴侣，防止胰蛋白酶裂解并允许 LPH 采用必要的 3-D 结构以运输到高尔基体。

成熟的人乳糖酶由一个 160 kDa 的多肽链组成，定位于肠上皮细胞的刷状缘膜。 它以细胞外的 N 端和胞质溶胶中的 C 端为导向。