Galaktóza

Galaktóza (zo starogréckeho gálakt- + -óza, „mliečny cukor“), skratka Gal, je monosacharid, ktorý je približne tak sladký, ako glukóza, a asi 65% tak sladký, ako sacharóza. Je to aldohexóza (sacharid, ktorý má šesť atómov uhlíka a aldehydovú skupinu) a C4 epimér glukózy. Spojením molekuly galaktózy s molekulou glukózy vzniká molekula laktózy. Okrem laktózy je galaktóza i súčasťou rafinózy.
Galaktán je polymérna forma galaktózy, ktorá sa nachádza v hemicelulóze. Galaktán tvorý jadro galaktánov, triedy prírodných polymérnych sacharidov.
Etymológia.
Slovo "galactose" prvýkrát použil Charles Weissman v polovici 19. storočia a pochádza z gréckeho "galaktos" (mliečny) a všeobecnej chemickej prípony -óza používanej pre sacharidy. Etymológia je porovnateľná so slovom "lactose" (laktóza), ktorá takisto obsahuje základ slov znamenajúcich „mliečny cukor“. Laktóza je disacharid tvorený galaktózou a glukózou.
Galaktóza sa výnimočne označuje i ako cerebróza.
Štruktúra a izoméria.
Galaktóza existuje v lineárnej a cyklickej forme. V lineárnej forme má karbonylovú skupinu, konkrétne aldehydovú skupinu. Je to teda aldohexóza.
Existujú štyri cyklické izoméry galaktózy. Dva z nich sú pyranózy (šesťuhlíkové kruhy) a dva sú furanózy (päťuhlíkové kruhy). Galaktofuranóza sa vyskytuje v baktériách, hubách a prvokoch a je rozpoznávaná údajným imunitným lektínom stavovcov intelektínom vďaka jej exocyklickej 1,2-diolovej skupine. V oboch cyklických formách (ako furanóza i ako pyranóza) existujú dva anoméry, alfa a beta, podľa polohy anomérneho uhlíka, keďže pri prechode z lineárnej formy do cyklickej formy vzniká nové stereocentrum na karbonylovej skupine.
Infračervené spektrá galaktózy vykazujú širokú silnú vibráciu približne medzi vlnovými číslami 2500 cm−1 až 3700 cm−1.
1H NMR spektrá galaktózy obsahujú píky pri 4,7 ppm (D2O), 4,15 ppm (–CH2OH), 3,75, 3,61, 3,48 a 3,20 ppm (–CH2 kruhu) a 2,79–1,90 ppm (–OH skupiny).
Vzťah k laktóze.
Galaktóza je monosacharid. Keď sa naviaže na glukózu (iný monosacharid) pomocou kondenzačnej reakcie, vznikne disacharid zvaný laktóza. Hydrolýza laktózy na glukózu a galaktózu je katalyzovaná enzýmami laktázou a β-galaktozidázou. β-Galaktozidáza vzniká vďaka "lac" operónu u "Escherichia coli".
V prírode sa laktóza nachádza hlavne v mlieku a mliečnych výrobkoch. Kvôli tomu obsahujú laktózu mnohé jedlá vyrábané z mliečnych produktov. Metabolizmus galaktózy, ktorý premieňa galaktózu na glukózu, prebieha vďaka trom hlavným enzýmom v mechanizme známom ako Leloirova dráha. Tieto enzýmy sú galaktokináza (GALK), galaktóza-1-fosfáturidyltransferáza (GALT) a UDP-galaktóza-4'-epimeráza (GALE).
Počas laktácie u ľudí je galaktóza vyžadovaná v pomere 1:1 s glukózou, aby mohli mliečne žľazy syntetizovať a vylučovať laktózu. V štúdii, kde bola ženám podávaná strava s galaktózou, bolo v laktóze, ktorú produkovali, až 69 ± 6 % glukózy a 54 ± 4 % galaktózy tvorených z glukózy v krvnej plazme, zatiaľ čo 7 ± 2 % glukózy a 12 ± 2 % galaktózy z produkovanej laktózy bolo tvorených priamo z galaktózy v plazme. Okrem toho bolo 25 ± 8 % glukózy a 35 ± 6 % galaktózy syntetizovaných z malých molekúl (napríklad glycerolu a acetátu) v procese, ktorý je v publikácii označovaný ako hexoneogenéza. Podľa tohto výskumu teda vyzerá byť syntéza galaktózy doplnená priamym príjmom z potravy a využitím galaktózy z plazmy, keď je prítomná.
Metabolizmus.
Glukóza je stabilnejšia než galaktóza a je menej náchylná k tvorbe nešpecifických glykokonjugátov, teda molekúl, na ktoré je naviazaná aspoň jedna molekula sacharidu na bielkovinu alebo lipid. Mnohí preto uvažujú, že toto je dôvod, prečo je dráha pre rýchlu premenu galaktózy na glukózu zachovaná u mnohých druhov.
Hlavná dráha galaktózového metabolizmu je Leloirova dráha. U ľudí a iných druhov sú však prítomné i ďalšie alternatívne dráhy, napríklad DeLey-Doudoroffova dráha. Leloirova dráha sa skladá z druhej časti dvojkrokového procesu, ktorý premieňa β--galaktózu na UDP-glukózu. Počiatočným krokom je premena β--galaktózy na α--galaktózu enzýmom mutarotázou (GALM). Leloirova dráha potom premieňa α--galaktózu na UDP-glukózu pomocou troch hlavných enzýmov: galaktokináza (GALK) fosforyluje α--galaktózu na galaktóza-1-fosfát (Gal-1-P). Galaktóza-1-fosfáturidyltransferáza (GALT) potom prenáša UMP z UDP-glukózy na Gal-1-P, čím vzniká UDP-galaktóza. Nakoniec UDP-galaktóza-4'-epimeráza (GALE) premieňa UDP-galaktózu na UDP-glukózu, čím sa táto dráha dokončuje.
Tento mechanizmus je nutný pre metabolizmus galaktózy, pretože ľudské telo nevie priamo spracovať galaktózu a získať z nej energiu, takže galaktóza musí prejsť touto dráhou, aby bolo možné ju využiť.
Galaktozémia je neschopnosť správne spracovať galaktózu kvôli geneticky zdedenej mutácii v jednom z enzýmov Leloirovej dráhy. To znamená, že konzumácia i malého množstva galaktózy môže byť pre galaktozemikov škodlivá.
Výskyt v ľudskom tele.
Galaktóza sa v zvýšenej miere nachádza v mozgu a v nervovom tkanive. Preto sa označuje i ako cerebróza. Po strávení sa vstrebáva a premieňa na glukózu.
Zdroje.
Galaktóza sa nachádza v mliečnych produktoch, avokádach, cukrovej repe a ďalších. Takisto je produkovaná v tele, kde tvorí časti glykolipidov a glykoproteínov v niektorých tkanivách. Takisto je vedľaším produktom treťogeneračného procesu produkcie etanolu (z mikrorias).
Klinický význam.
Chronické systémové vystavenie myší, potkanov a mušiek "Drosophila" -galaktóze spôsobuje zrýchlenie senescencie (starnutia). Bolo publikované, že vystavenie vysokým dávkam -galaktózy (120 mg/kg) môže spôsobiť nížšiu koncentráciu spermií a pohyblivosť spermií u hlodavcov. Vystavenie galaktóze a jej podkožná aplikácia sú široko využívané ako model starnutia. Dve štúdie uvádzajú možný súvis medzi galaktózou v mlieku a rakovinou vaječníkov. Ďalšie štúdie neukázali žiadnu koreláciu, ani v prítomnosti poškodeného metabolizmu galaktózy. Nedávna analýza Harvardovej Univerzity Verejného Zdravotníctva neukázala žiadnu konkrétnu koreláciu medzi jedlami obsahujúcimi laktózu a rakovinou vaječníkov a ukázala štatisticky nevýznamné zvýšenie rizika pri konzumácii 30 g laktózy denne. Na preukázanie možných rizík je nutný ďalší výskum.
Podľa niektorých prebiehajúcich štúdií môže galaktóza hrať rolu v liečení fokálne segmentálnej glomeruloskleróze (ochoreniu obličiek, ktoré vedie k zlyhaniu obličiek a proteínúrii). Tento efekt je pravdepodobne výsledkom viazania galaktózy na faktor FSGS.
Galaktóza je zložka antigénov prítomných v červených krvinkách, ktoré určujú krvnú skupinu v rámci ABO systému. U antigénov O a A sú prítomné dva monoméry galaktózy, zatiaľ čo u antigén skupiny B sú prítomné tri monoméry galaktózy.
Disacharid zložený z dvoch jednotiek galaktózy, galaktóza-α-1,3-galaktóza (alfa-gal), bol rozpoznaný ako možný alergén prítomný v cicavčom mäse. Alergiu na alfa-gal môže spustiť pohryzanie od kliešťa "Amblyomma americanum".
Galaktóza v roztoku sacharínu sodného spôsobila navodené vyhýbanie príchutiam v dospelých samiciach potkanov v laboratóriu pri spojení s intragastrickými injekciami (podaním priamo do žalúdka). Dôvod tohto vyhýbania nie je známy, ale je možné, že by mohla byť zodpovedná znížená hladina enzýmov potrebných na premenu galaktózy na glukózu v pečeni potkanov.
História.
V roku 1855 E. O. Erdmann poznamenal, že hydrolýza laktózy tvorí okrem glukózy i ďalšiu látku. Galaktóza bola prvýkrát izolovaná a študovaná Louisom Pasteurom v roku 1856, kedy ju nazval „laktóza“. V roku 1860 ju Berthelot premenoval na galaktózu alebo „glucose lactique “(mliečna glukóza). V roku 1894 určili Emil Fischer a Robert Morrell konfiguráciu galaktózy.