Struktur dan biosintesis

Preprolaktase, produk translasi primer, memiliki struktur primer polipeptida tunggal yang terdiri dari 1927 asam amino. Preprolaktase dapat dibagi menjadi lima domain: (i) urutan sinyal terbelah 19 asam amino; (ii) domain prosekuens besar yang tidak terdapat pada laktase matang; (iii) segmen laktase matang; (iv) jangkar hidrofobik yang membentang di membran; dan (v) ujung karboksil hidrofilik pendek.^[1] Urutan sinyal dibelah di retikulum endoplasma, dan pro-LPH 215-kDa yang dihasilkan dikirim ke badan Golgi, tempat ia mengalami glikosilasi berat dan diproses secara proteolitik menjadi bentuk matangnya.^[4] Prodomain telah terbukti bertindak sebagai pendamping intramolekuler di RE, mencegah pembelahan tripsin dan memungkinkan LPH mengadopsi struktur 3-D yang diperlukan untuk diangkut ke badan Golgi.^[5]

Laktase manusia dewasa terdiri dari rantai polipeptida tunggal 160-kDa yang terlokalisasi pada membran brush border sel epitel usus. Rantai ini berorientasi dengan N-terminus di luar sel dan C-terminus di sitosol.^[1] LPH mengandung dua situs asam glutamat katalitik. Pada enzim manusia, aktivitas laktase telah dikaitkan dengan Glu-1749, sementara Glu-1273 merupakan tempat fungsi florizin hidrolase.^[6]

Ekspresi dan regulasi genetik

Pada manusia, laktase dikodekan oleh satu lokus genetik pada kromosom 2. Enzim ini diekspresikan secara eksklusif oleh enterosit usus halus manusia dan mamalia dan dalam kadar yang sangat rendah di usus besar selama perkembangan janin. Manusia dilahirkan dengan tingkat ekspresi laktase yang tinggi. Pada sebagian besar populasi dunia, transkripsi laktase menurun setelah penyapihan, sehingga mengakibatkan penurunan ekspresi laktase di usus halus,^[7] yang menyebabkan gejala umum hipolaktasia tipe dewasa, atau intoleransi laktosa.^[8] Gen LCT memberikan instruksi untuk memproduksi laktase. Intoleransi laktosa pada bayi (defisiensi laktase kongenital) disebabkan oleh mutasi pada gen LCT. Mutasi diyakini mengganggu fungsi laktase, menyebabkan bayi yang terkena dampak mengalami gangguan berat dalam mencerna laktosa dalam ASI atau susu formula.^[9]

Beberapa segmen populasi menunjukkan persistensi laktase akibat mutasi yang diperkirakan terjadi 5.000–10.000 tahun yang lalu, bertepatan dengan munculnya domestikasi ternak.^[10] Mutasi ini memungkinkan hampir separuh populasi dunia untuk memetabolisme laktosa tanpa gejala. Penelitian telah mengaitkan terjadinya persistensi laktase dengan dua polimorfisme nukleotida tunggal yang berbeda, sekitar 14 dan 22 kilobasa di hulu ujung 5' gen LPH.^[11] Kedua mutasi, C→T pada posisi -13910 dan G→A pada posisi -22018, telah dikaitkan secara independen dengan persistensi laktase.^[12]

Promotor laktase memiliki panjang 150 pasang basa dan terletak di hulu tempat inisiasi transkripsi. Urutan ini sangat terkonservasi pada manusia dan mamalia, yang menunjukkan bahwa regulator cis-transkripsi penting terletak di dekatnya. Cdx-2, HNF-1α, dan GATA telah diidentifikasi sebagai faktor transkripsi.^[12] Studi tentang timbulnya hipolaktasia telah menunjukkan bahwa meskipun terdapat polimorfisme, hanya ada sedikit perbedaan dalam ekspresi laktase pada bayi, yang menunjukkan bahwa mutasi menjadi semakin relevan selama perkembangan. Protein pengikat DNA yang diatur secara perkembangan dapat menurunkan regulasi transkripsi atau mengganggu kestabilan transkrip mRNA, yang menyebabkan penurunan ekspresi LPH setelah penyapihan.^[13]

Ditambahkan pada makanan

Laktase ditambahkan ke produk susu, sehingga menghidrolisis laktosa di dalamnya, membuatnya sedikit manis tetapi dapat dicerna oleh semua orang.^[22]

Teknologi untuk memproduksi susu, es krim, dan yoghurt bebas laktosa dikembangkan oleh Dinas Penelitian Pertanian USDA pada tahun 1985.^[23] Laktase dari spesies kapang tertentu dianggap GRAS oleh FDA AS; oleh karena itu, laktase diizinkan untuk ditambahkan ke makanan dalam jumlah terbatas sebagai bahan pembantu pemrosesan. Ini adalah salah satu penggunaan komersial utama laktase.^[24][25][26]

Ditelan

Suplemen laktase dapat digunakan untuk mengobati intoleransi laktosa. Badan Pengawas Obat dan Makanan Amerika Serikat (FDA) belum mengevaluasi produk-produk ini secara independen, tetapi terdapat konsensus bahwa produk-produk ini memang efektif selama potensi yang dinyatakan sesuai dengan yang diklaim pada label.^[27]

Bioteknologi

Laktase (secara teknis, β-galaktosidase) juga digunakan untuk menyaring koloni biru-putih di beberapa situs kloning berbagai vektor plasmid pada Escherichia coli atau bakteri lainnya. Selain jenis β-galaktosidase jamur yang disebutkan di atas, bioteknologi juga memanfaatkan β-galaktosidase lacZ E. coli yang terdapat dalam operon lac.^[28][29]