กาแลคโตส: โครงสร้างหน้าที่การเผาผลาญและพยาธิสภาพ - เคมี - 2025

กาแลคโตเป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่พบส่วนใหญ่อยู่ในนมและผลิตภัณฑ์นมอื่น ๆ โดยการจับกับกลูโคสจะทำให้เกิดแลคโตสไดเมอร์ ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทมีความจำเป็นสำหรับการให้นมบุตรในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงาน

อย่างไรก็ตามการบริโภคในอาหารไม่ได้บังคับ ปัญหาการเผาผลาญต่างๆที่เกี่ยวข้องกับกาแลคโตสนำไปสู่พยาธิสภาพเช่นการแพ้แลคโตสและกาแลคโตซีเมีย

โครงสร้าง

กาแลคโตสเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ มันเป็น aldose หกคาร์บอนที่มีสูตรโมเลกุล C ₆ H ₁₂ O 6 น้ำหนักโมเลกุลคือ 180 กรัม / โมล สูตรนี้เหมือนกันสำหรับน้ำตาลอื่น ๆ เช่นกลูโคสหรือฟรุกโตส

มันสามารถมีอยู่ในรูปแบบของโซ่เปิดหรือยังอยู่ในรูปแบบวัฏจักร เป็นตัวอย่างของกลูโคส พวกมันแตกต่างกันที่คาร์บอนหมายเลข 4 เท่านั้นคำว่า epimer หมายถึงสเตอริโอไอโซเมอร์ที่แตกต่างกันในตำแหน่งของศูนย์กลางเท่านั้น

คุณสมบัติ

ในการรับประทานอาหาร

แหล่งที่มาหลักของกาแลคโตสในอาหารคือแลคโตสซึ่งมาจากผลิตภัณฑ์นม สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงาน

อย่างไรก็ตามการมีส่วนร่วมในอาหารนั้นไม่จำเป็นต่อร่างกายเนื่องจาก UDP-glucose สามารถเปลี่ยนเป็น UDP-galactose ได้และสารนี้สามารถทำหน้าที่ในร่างกายโดยเป็นส่วนประกอบของกลุ่มไกลโคลิปิด

ไม่มีการศึกษาประเภทใดที่เปิดเผยพยาธิสภาพใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการบริโภคกาแลคโตสในระดับต่ำ ในทางตรงกันข้ามมีรายงานการบริโภคที่มากเกินไปว่าเป็นพิษในสัตว์จำลอง ในความเป็นจริงกาแลคโตสส่วนเกินเกี่ยวข้องกับต้อกระจกและความเสียหายจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น

อย่างไรก็ตามในเด็กแลคโตสมีส่วนช่วย 40% ของพลังงานในอาหารของพวกเขาในขณะที่ในผู้ใหญ่เปอร์เซ็นต์นี้จะลดลงเหลือ 2%

หน้าที่โครงสร้าง: ไกลโคลิปิด

กาแลคโตสอยู่ในกลุ่มของไกลโคลิปิดเฉพาะที่เรียกว่าซีรีโบรไซด์ Cerebrosides ที่มีกาแลคโตสอยู่ในโครงสร้างเรียกว่า galactocerebrosides หรือ galactolipids

โมเลกุลเหล่านี้เป็นส่วนประกอบสำคัญของเยื่อหุ้มไขมันโดยเฉพาะเซลล์ประสาทในสมอง ดังนั้นชื่อของมัน

เซเรโบรไซด์ถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์ไลโซไซม์ เมื่อร่างกายไม่สามารถสลายพวกมันได้สารประกอบเหล่านี้จะสะสม อาการนี้เรียกว่าโรค Krabbe

การสังเคราะห์แลคโตสในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

กาแลคโตสมีบทบาทพื้นฐานในการสังเคราะห์แลคโตส ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมต่อมน้ำนมจะผลิตแลคโตสจำนวนมากหลังการตั้งครรภ์เพื่อเลี้ยงลูก

กระบวนการนี้ถูกกระตุ้นในเพศหญิงโดยชุดของฮอร์โมนลักษณะของการตั้งครรภ์ ปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับ UDP-galactose และกลูโคส น้ำตาลทั้งสองนี้หลอมรวมกันโดยการกระทำของเอนไซม์แลคโตสซินเทเทส

เอนไซม์คอมเพล็กซ์นี้มีความซับซ้อนในระดับหนึ่งเนื่องจากส่วนประกอบของมันไม่เกี่ยวข้องกับการทำงานของมัน

ส่วนหนึ่งประกอบด้วย galactosyl transferase; ภายใต้สภาวะปกติหน้าที่ของมันเกี่ยวข้องกับไกลโคซิเลชันของโปรตีน

ส่วนอื่น ๆ ของคอมเพล็กซ์ประกอบด้วยα-lactalbumin ซึ่งคล้ายกับไลโซไซม์มาก เอนไซม์คอมเพล็กซ์นี้เป็นตัวอย่างที่น่าสนใจของการปรับเปลี่ยนวิวัฒนาการ

การเผาผลาญอาหาร

แลคโตสเป็นน้ำตาลที่พบในนม มันเป็นไดแซ็กคาไรด์ที่เกิดจากโมโนแซ็กคาไรด์กลูโคสและกาแลคโตสที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะβ-1,4-glycosidic

กาแลคโตสได้จากการย่อยแลคโตสขั้นตอนนี้ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยแลคเตส ในแบคทีเรียมีเอนไซม์ที่คล้ายคลึงกันเรียกว่าβ-galactosidase

เอนไซม์เฮกโซไคเนสซึ่งอยู่ในขั้นตอนแรกของวิถีไกลโคไลติกสามารถรับรู้น้ำตาลที่แตกต่างกันเช่นกลูโคสฟรุกโตสและแมนโนส อย่างไรก็ตามมันไม่รู้จักกาแลคโตส

นั่นคือเหตุผลที่ขั้นตอนการแปลงที่เรียกว่า epimerization ต้องเกิดขึ้นเป็นขั้นตอนก่อนไกลโคไลซิส เส้นทางนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเปลี่ยนกาแลคโตสเป็นสารเมตาโบไลต์ที่สามารถเข้าสู่ไกลโคไลซิสโดยเฉพาะกลูโคส -6- ฟอสเฟต

การย่อยสลายกาแลกโตสเป็นไปได้เฉพาะในเซลล์น้ำคร่ำเซลล์ตับเม็ดเลือดแดงและเม็ดเลือดขาว (เซลล์เม็ดเลือด) ทางเดินของตับเป็นที่รู้จักกันในชื่อ Leloir pathway เพื่อเป็นเกียรติแก่ผู้ค้นพบ Luis Federico Leloir นักวิทยาศาสตร์คนสำคัญของอาร์เจนตินา

กาแลคโตสถูกดูดซึมโดยเอนเทอโรไซต์โดยการขนส่งแบบแอคทีฟผ่าน SGLT1, SGC5A1 (ตัวส่งสัญญาณโซเดียม - กลูโคส) และ SGLT2 ในระดับที่น้อยกว่า

ขั้นตอนของการเผาผลาญ

ขั้นตอนของการเผาผลาญสรุปได้ดังนี้:

- กาแลคโตสถูกฟอสโฟรีเลตที่คาร์บอนตัวแรก ขั้นตอนนี้เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์กาแลคโตไคเนส

- หมู่ uridyl ถูกถ่ายโอนไปยัง glucose-1-phosphate โดย galactose-1-phosphate uridyltransferase ผลของปฏิกิริยานี้คือน้ำตาลกลูโคส -1 - ฟอสเฟตและ UDP-galactose

- UDP-galactose เปลี่ยนเป็น UDP-glucose ซึ่งเป็นขั้นตอนที่เร่งปฏิกิริยาโดย UDP-galactose-4-epimerase

- ในที่สุดกลูโคส -1- ฟอสเฟตจะถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคส -6- ฟอสเฟต สารประกอบนี้สามารถเข้าสู่วิถีไกลโคไลติก

ปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถสรุปได้เป็น: กาแลคโตส + ATP -> กลูโคส -1- ฟอสเฟต + ADP + H ⁺

การควบคุมสภาวะสมดุลของกาแลคโตสมีความซับซ้อนและบูรณาการอย่างมากกับการควบคุมคาร์โบไฮเดรตอื่น ๆ

พยาธิสภาพที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญของกาแลคโตส

galactosemia

กาแลกโตซีเมียเป็นพยาธิสภาพที่ร่างกายไม่สามารถเผาผลาญกาแลคโตสได้ สาเหตุของมันมาจากพันธุกรรมและการรักษารวมถึงการรับประทานอาหารที่ปราศจากกาแลคโตส

ครอบคลุมอาการต่างๆเช่นอาเจียนท้องเสียปัญญาอ่อนปัญหาพัฒนาการปัญหาเกี่ยวกับตับและการเกิดต้อกระจกเป็นต้น ในบางกรณีโรคนี้อาจถึงแก่ชีวิตและผู้ที่ได้รับผลกระทบเสียชีวิต

ผู้ป่วยที่มีภาวะนี้ไม่มีเอนไซม์กาแลคโตส -1- ฟอสเฟตยูริดิลทรานสเฟอเรส เนื่องจากปฏิกิริยาการเผาผลาญที่เหลือไม่สามารถดำเนินต่อไปได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นพิษสูงนี้จึงสะสมในร่างกาย

การแพ้แลคโตส

ในผู้ใหญ่บางคนมีความบกพร่องของเอนไซม์แลคเตส เงื่อนไขนี้ไม่อนุญาตให้มีการเผาผลาญแลคโตสตามปกติดังนั้นการบริโภคผลิตภัณฑ์จากนมจึงก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในระบบทางเดินอาหาร

เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงว่าการขาดเอนไซม์นี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติเมื่อมีอายุมากขึ้นเนื่องจากการรับประทานอาหารของผู้ใหญ่จะให้ความสำคัญของแลคโตสและผลิตภัณฑ์จากนมน้อยลงในอาหาร

จุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในลำไส้ใหญ่สามารถใช้แลคโตสเป็นแหล่งคาร์บอนได้ ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยานี้คือก๊าซมีเทนและก๊าซไฮโดรเจน

อ้างอิง

1. Berg, JM, Stryer, L. , และ Tymoczko, JL (2007) ชีวเคมี. ฉันย้อนกลับ
2. Campbell, NA, & ​​Reece, JB (2007). ชีววิทยา. บทบรรณาธิการMédica Panamericana
3. ฮอร์ตัน - ซาร์, D. (2010). สิ่งสำคัญในการเผาผลาญและโภชนาการ เอลส์
4. Kohlmeier, M. (2015). การเผาผลาญสารอาหาร: โครงสร้างหน้าที่และยีน สำนักพิมพ์วิชาการ.
5. Müller-Esterl, W. (2008). ชีวเคมี. พื้นฐานด้านการแพทย์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ ฉันย้อนกลับ
6. Pertierra, AG, Olmo, R. , Aznar, CC, & López, CT (2001) ชีวเคมีเมตาบอลิก. บรรณาธิการ Tebar
7. Rodríguez, MH และ Gallego, AS (1999) สนธิสัญญาโภชนาการ รุ่นDíaz de Santos
8. Voet, D. , Voet, JG, & Pratt, CW (2007). พื้นฐานชีวเคมี. บทบรรณาธิการMédica Panamericana