Bêta-galactosidase

β-galactosidase
Caractéristiques générales
Nom approuvé	β--galactoside galactohydrolase
Autres noms ou symbole	lactase ; β-lactosidase ; maxilact ; hydrolact ; β--lactosidase ; S 2107 ; lactozyme ; trilactase ; β--galactanase ; oryzatyme ; sumiklat
Fonction	glycosylase
Symbole	GLB1
Homo sapiens
Chromosome et locus	3p21.33
Autre symbole	ELNR1
CAS number	9031-11-2
Entrez	2720
HUGO	4298
OMIM	230500
RefSeq	NM_000404
UniProt	P16278
Nomenclature EC	3.2.1.23

La β-galactosidase (EC 3.2.1.23) (parfois abrégée en béta-gal ou β-gal) est une hydrolase (EC 3) dont le rôle est d'hydrolyser des β-galactosides en monosaccharides. Ses substrats de prédilection peuvent être le ganglioside GM1, les lactosylcéramides, le lactose, ainsi que plusieurs glycoprotéines. Elle est composée de 4 sous unités semblables deux à deux.

Elle intervient dans le métabolisme du galactose et des sphingolipides, et dans la biosynthèse de glycosphingolipides.

Son absence (ou faible présence) dans l'intestin est la principale cause de l'incapacité à digérer le lactose chez l'homme, on parle d'intolérance au lactose. Génétiquement, une déficience au niveau du gène GLB1 provoque la mucopolysaccharidose de type IV (MPS4), la galactosialidose ou la gangliosidose GM1.

La toute première β-galactosidase à avoir été séquencée est celle d'Escherichia coli en 1970. Elle avait 1024 acides aminés. La protéine était constituée de quatre chaînes et avait un poids moléculaire de 464 kDa. Chaque unité comprenait cinq domaines, le troisième possédant le site actif. Cette enzyme peut être séparée en deux peptides, LacZα and LacZΩ, aucune de ses unités ne pouvant être active par elle-même. Cette caractéristique est utilisée dans beaucoup de vecteurs de clonage pour terminer l'α-complémentation des chaînes spécifiques artificielles d'Escherichia coli, le peptide le plus court (LacZα) étant codé par le plasmide, alors que le peptide le plus long (LacZΩ) est codé en trans par le chromosome bactérien. Lorsque les fragments d'ADN sont insérés dans le vecteur et que la production de LacZα est interrompue, la cellule n'a plus aucune activité β-galactosidase. Il s'ensuit la présence de deux types de recombinants : ceux capables de dégrader le lactose et ceux ne le pouvant pas.

En 1995, Dimri et al. proposèrent une nouvelle isoforme de la β-galactosidase possédant un maximum d'activité à pH 6.0 qui ne s'exprimerait que lors de la sénescence (l'arrêt irréversible de la croissance des cellules). Un protocole de mesure spécifique fut même développé. Aujourd'hui, on sait que cela correspond à une accumulation de β-galactosidase endogène lysosomale et son expression n'est pas utile à la sénescence. Malgré tout, cette enzyme reste un biomarqueur de prédilection pour la phase de sénescence des cellules à cause de sa facilité à être détectée.

Le site actif de la β-galactosidase catalyse l'hydrolyse de son substrat par des liaisons à la fois "en surface" et "en profondeur". Des ions K ainsi que des ions Mg sont nécessaires pour obtenir une action optimale de l'enzyme. L'attache covalente au substrat se fait par le groupe carboxyle terminal de la chaîne latérale d'un acide glutamique.

Chez E. coli, on pensait que c'était l'acide aminé Glu₄₆₁ qui intervenait dans cette réaction de substitution. On sait aujourd'hui que cet acide aminé est en réalité un catalyseur acide et que c'est plutôt Glu₅₃₇ qui est l'intermédiaire covalent.

Chez l'être humain, le pôle nucléophile de l'hydrolyse est Glu₂₆₈.

Cette enzyme est recherchée dans les galeries d'identification bactériennes : en l'absence de dégradation du lactose, on s'interroge sur la présence de cette enzyme, et sur la présence d'une porine, une protéine membranaire de transport des molécules.

La β-galactosidase humaine contient 677 acides aminés.

10 20 30 40 50 60 MPGFLVRILP LLLVLLLLGP TRGLRNATQR MFEIDYSRDS FLKDGQPFRY ISGSIHYSRV 70 80 90 100 110 120 PRFYWKDRLL KMKMAGLNAI QTYVPWNFHE PWPGQYQFSE DHDVEYFLRL AHELGLLVIL 130 140 150 160 170 180 RPGPYICAEW EMGGLPAWLL EKESILLRSS DPDYLAAVDK WLGVLLPKMK PLLYQNGGPV 190 200 210 220 230 240 ITVQVENEYG SYFACDFDYL RFLQKRFRHH LGDDVVLFTT DGAHKTFLKC GALQGLYTTV 250 260 270 280 290 300 DFGTGSNITD AFLSQRKCEP KGPLINSEFY TGWLDHWGQP HSTIKTEAVA SSLYDILARG 310 320 330 340 350 360 ASVNLYMFIG GTNFAYWNGA NSPYAAQPTS YDYDAPLSEA GDLTEKYFAL RNIIQKFEKV 370 380 390 400 410 420 PEGPIPPSTP KFAYGKVTLE KLKTVGAALD ILCPSGPIKS LYPLTFIQVK QHYGFVLYRT 430 440 450 460 470 480 TLPQDCSNPA PLSSPLNGVH DRAYVAVDGI PQGVLERNNV ITLNITGKAG ATLDLLVENM 490 500 510 520 530 540 GRVNYGAYIN DFKGLVSNLT LSSNILTDWT IFPLDTEDAV RSHLGGWGHR DSGHHDEAWA 550 560 570 580 590 600 HNSSNYTLPA FYMGNFSIPS GIPDLPQDTF IQFPGWTKGQ VWINGFNLGR YWPARGPQLT 610 620 630 640 650 660 LFVPQHILMT SAPNTITVLE LEWAPCSSDD PELCAVTFVD RPVIGSSVTY DHPSKPVEKR 670 LMPPPPQKNK DSWLDHV