Открыть сервисСервис

Галактоза — моносахарид из группы альдогексоз

Галактоза — моносахарид из группы альдогексоз (C₆H₁₂O₆), эпимер глюкозы по четвёртому атому углерода. В природе встречается преимущественно в составе дисахарида лактозы (молочного сахара), а также в гликопротеинах и гликолипидах. Является важным источником энергии для организма и структурным компонентом ряда биологически значимых молекул.

Химические свойства

Галактоза — стереоизомер глюкозы, отличающийся от неё конфигурацией гидроксильной группы при четвёртом атоме углерода (C4). Молекулярная формула совпадает с формулой глюкозы — C₆H₁₂O₆, молярная масса составляет 180,16 г/моль.

В растворах галактоза, как и другие альдогексозы, существует преимущественно в циклических формах — α- и β-пираформах, находящихся в равновесии с открытой альдегидной формой. Циклизация происходит за счёт взаимодействия гидроксильной группы при C5 с альдегидной группой C1, что образует шестичленный пиранозный цикл.

По химическим свойствам галактоза проявляет типичные реакции альдегидов и спиртов: окисляется до галактоновой кислоты, восстанавливается до галактита, способна к аминированию и образованию гликозидов. С фенилгидразином даёт осадок осазона, идентичный осазону глюкозы — что исторически затрудняло их различение химическим путём.

Биологическая роль

Участие в обмене веществ

В организмах галактоза подвергается метаболизму преимущественно в печени по так называемому Лелуар-пути (открытому в 1950-х годах мексиканским биохимиком Луисом Лелуаром). Ключевые этапы:

  1. Фосфорилирование галактозы галактокиназой с образованием галактозо-1-фосфата.
  2. Обменная реакция с глюкозо-1-фосфатом, катализируемая галактозо-1-фосфатуридилтрансферазой, с образований глюкозо-1-фосфата и UDP-галактозы.
  3. Эпимеризация UDP-галактозы в UDP-глюкозу под действием UDP-галактозо-4-эпимеразы.

Образовавшийся глюкозо-1-фосфат включается в общий путь углеводного обмена. Таким образом, галактоза служит дополнительным источником глюкозы и энергии.

Лактоза и молочные продукты

Основной пищевой источник галактозы — лактоза, дисахарид, содержащийся в молоке и молочных продуктах. Лактоза гидролизуется ферментом лактазой на глюкозу и галактозу в тонком кишечнике. Непереносимость лактозы, обусловленная дефицитом или отсутствием лактазы, приводит к нарушениям пищеварения при употреблении молочных продуктов.

Структурная функция

Галактоза входит в состав гликолипидов (в частности, ганглиозидов и цереброзидов), гликопротеинов и протеогликанов. Галактозсодержащие олигосахариды играют роль в межклеточном узнавании, адгезии и сигнальных процессах. В нервной ткани галактозсодержащие гликолипиды (цереброзиды) входят в состав миелиновой оболочки нервных волокон.

Дефицит ферментов и заболевания

Нарушения метаболизма галактозы связаны с дефицитом трёх ферментов Лелуар-пути, что приводит к накоплению токсичных метаболитов (галактозо-1-фосфата и галактитола) в тканях.

Галактоземия

Галактоземия — наследственное заболевание, передающееся по аутосомно-рецессивному типу. Наиболее распространённая форма (тип I, классическая) обусловлена дефицитом галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы. Частота классической галактоземии составляет примерно 1:40 000–60 000 новорождённых в различных популяциях.

Клинические проявления включают рвоту, гепатомегалию, желтуху, катаракту, задержку психомоторного развития и повышенную восприимчивость к бактериальным инфекциям (особенно к кишечной палочке). При отсутствии лечения летальность в неонатальном периоде высока. Основа терапии — строгая пожизненная диета с исключением галактозы и лактозы.

Дефицит галактокиназы (тип II) и UDP-галактозо-4-эпимеразы (тип III) встречаются значительно реже и обычно протекают легче, хотя при тяжёлых формах эпимеразной недостаточности клиническая картина сходна с классической галактоземией.

Катаракта

При галактоземии и экспериментальном галактозном питании у животных в хрусталике накапливается галактитол, который не способен диффундировать через клеточные мембраны. Осмотический дисбаланс приводит к набуханию волокон хрусталика и формированию катаракты.

Галактоза в природе и промышленности

Помимо лактозы, галактоза входит в состав ряда полисахаридов растительного и животного происхождения: агар-агара, гуара, пектина, гемицеллюлоз, а также галактана — запасного полисахарида некоторых растений. В составе этих соединений галактоза связана гликозидными связями с другими моносахаридами.

В промышленности галактоза получается гидролизом лактозы — побочного продукта производства молочной сыворотки. Применяется в микробиологии как субстрат для культивирования ряда микроорганизмов, в пищевой промышленности и в научных исследованиях.

История

Галактоза была впервые выделена в 1856 году французским химиком Луи-Жаном Мариньяком при гидролизе лактозы. Систематическое изучение её метаболизма связано с работами по биохимии углеводов XX века, culminating in открытием Лелуаром ферментативного пути превращения галактозы в глюкозу, за что он получил Нобелевскую премию по химии в 1970 году.

Примечания

  1. Nelson D.L., Cox M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. — W.H. Freeman, 2017.
  2. Berry S.A. Galactosemia // GeneReviews. University of Washington, Seattle.
  3. Leluar L.F. The Lactose to Glucose and Galactose Pathway in Human and Bovine Milk. // Journal of Biological Chemistry, 1951.
Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru