락테이스

2. 용도

락테이스는 일부 사람들이 소장에서 생성하지 못하는 효소이다.^[2] 락토오스(유당) 무첨가 우유, 아이스크림, 요구르트를 생산하는 기술은 1985년 USDA 농업 연구 서비스에 의해 개발되었다.^[3] 이 기술은 우유에 락테이스를 첨가하여 우유에 자연적으로 존재하는 락토오스를 가수분해하여 약간 단맛이 나지만 모든 사람이 소화할 수 있도록 하는 데 사용된다.^[4] 락테이스가 없으면 유당 불내증이 있는 사람은 소화되지 않은 락토오스를 대장으로 보내는데,^[5] 여기서 박테리아가 락토오스를 분해하여 이산화탄소를 생성하여 복부 팽만감과 가스를 유발한다.

락테이스 보충제는 유당 불내증 치료에 사용될 수 있다.^[6]

상업적으로 생산되는 락테이스는 ''Kluyveromyces fragilis'' 및 ''Kluyveromyces lactis''와 같은 효모와 ''Aspergillus niger'' 및 ''Aspergillus oryzae''와 같은 곰팡이에서 추출할 수 있다.^[7] 보충제에서 락테이스의 주요 상업적 사용은 우유의 유당을 분해하여 유당 불내증이 있는 사람들이 섭취할 수 있도록 하는 것이다.^[8][9] 미국 식품의약국(U.S. Food and Drug Administration)은 이러한 제품에 대해 독립적인 평가를 하지 않았다.^[10]

락테이스는 ''Kluyveromyces marxianus'', ''Kluyveromyces lactis''와 같은 효모, ''Aspergillus niger'', Aspergillus oryzae와 같은 균류로부터 얻어진다.^[30] 이는 유당 불내증을 겪는 사람들을 위해 유당을 분해한 우유를 만드는 데 사용된다. 또한, 아이스크림 제조에도 사용된다. 이는 유당보다 갈락토스와 포도당이 감미가 더 강하기 때문이다. 락테이스는 유청을 시럽으로 변환하는 데에도 사용된다.

3. 메커니즘

사람 락테이스의 최적 온도는 약 37°C이며,^[13] pH 최적 값은 6이다.^[14]

신진대사에서 D-젖당의 β-글리코사이드 결합은 가수분해되어 D-갈락토스와 D-포도당을 생성하며, 이들은 장벽을 통해 혈류로 흡수될 수 있다. 락테이스가 촉매하는 전체 반응은 다음과 같다.

: C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ + 열

: 젖당 + H₂O → β-D-갈락토스 + D-포도당

D-젖당 가수분해의 촉매 메커니즘은 생성물에서 기질의 아노머 구성을 유지한다.^[15] 메커니즘의 세부 사항은 불확실하지만, 입체 화학적 유지는 이중 치환 반응을 통해 달성된다. ''대장균''(E. coli) 락테이스 연구에 따르면, 가수분해는 효소의 글루탐산 염기성 친핵체가 β-글리코사이드 결합에서 갈락토실 탄소의 축 방향에서 공격할 때 시작된다.^[16] D-포도당 이탈기의 제거는 Mg 의존성 산 촉매 작용에 의해 촉진될 수 있다.^[2] 효소는 물에 의한 적도 친핵성 공격 시 α-갈락토실 부분으로부터 해리되어 D-갈락토스를 생성한다.^[2]

기질 변형 연구에 따르면 갈락토피라노스 고리의 3′-OH 및 2′-OH 잔기는 효소 인식 및 가수분해에 필수적이다.^[17] 3′-히드록시기는 기질과의 초기 결합에 관여하는 반면, 2′-기는 인식에는 필요하지 않지만 후속 단계에 필요하다. 이는 2-데옥시 유사체가 효과적인 경쟁적 억제제(K_i = 10mM)라는 사실로 입증된다.^[2] 글루코피라노스 부분의 특정 수산기를 제거해도 촉매 작용이 제거되지 않는다.^[2]

락테이스는 또한 플로리진을 플로레틴과 포도당으로의 전환을 촉매한다.