Galaktóza

Galaktóza
Galaktóza
Galaktóza
Všeobecné vlastnosti
Sumárny vzorec	C6H12O6
Synonymá	(3R,4S,5R,6R)-6-(Hydroxymetyl)oxán-2,3,4,5-tetrol
Fyzikálne vlastnosti
Molárna hmotnosť	180,156 g/mol
Ďalšie informácie
Číslo CAS	59-23-4
Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI. Ak nie je hore uvedené inak, údaje sú za normálnych podmienok.
Chemický portál

Galaktóza^[1][2] (zo starogréckeho gálakt- + -óza, „mliečny cukor“), skratka Gal, je monosacharid, ktorý je približne tak sladký, ako glukóza, a asi 65% tak sladký, ako sacharóza.^[3] Je to aldohexóza (sacharid, ktorý má šesť atómov uhlíka a aldehydovú skupinu) a C4 epimér glukózy.^[2][4] Spojením molekuly galaktózy s molekulou glukózy vzniká molekula laktózy. Okrem laktózy je galaktóza i súčasťou rafinózy.^[1]

Galaktán je polymérna forma galaktózy, ktorá sa nachádza v hemicelulóze.^[1] Galaktán tvorý jadro galaktánov, triedy prírodných polymérnych sacharidov.^[5]

Etymológia

Slovo galactose prvýkrát použil Charles Weissman^[6] v polovici 19. storočia a pochádza z gréckeho galaktos (mliečny) a všeobecnej chemickej prípony -óza používanej pre sacharidy.^[7] 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.^[2]

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^[8][9] 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.^[10]

Infračervené spektrá galaktózy vykazujú širokú silnú vibráciu približne medzi vlnovými číslami 2500 cm⁻¹ až 3700 cm⁻¹.^[11]

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).^[11]

Cyklické formy galaktózy

Stoličková konformácia D-galaktopyranózy

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.^{[chýba zdroj]}

V prírode sa laktóza nachádza hlavne v mlieku a mliečnych výrobkoch. Kvôli tomu obsahujú laktózu mnohé jedlá vyrábané z mliečnych produktov.^[12] 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).^{[chýba zdroj]}

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.^[13]

Metabolizmus

Metabolizmus bežných monosacharidov a niektoré biochemické reakcie glukózy

Metabolizmus galaktózy

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.^[14]

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-D-galaktózu na UDP-glukózu. Počiatočným krokom je premena β-D-galaktózy na α-D-galaktózu enzýmom mutarotázou (GALM). Leloirova dráha potom premieňa α-D-galaktózu na UDP-glukózu pomocou troch hlavných enzýmov: galaktokináza (GALK) fosforyluje α-D-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.^[15]

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.^[16]

Galaktozémia je neschopnosť správne spracovať galaktózu kvôli geneticky zdedenej mutácii v jednom z enzýmov Leloirovej dráhy.^[1] To znamená, že konzumácia i malého množstva galaktózy môže byť pre galaktozemikov škodlivá.^[17]

Výskyt v ľudskom tele

Galaktóza sa v zvýšenej miere nachádza v mozgu a v nervovom tkanive.^[1][2] Preto sa označuje i ako cerebróza. Po strávení sa vstrebáva a premieňa na glukózu.^[1]

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).^{[chýba zdroj]}

Klinický význam

Chronické systémové vystavenie myší, potkanov a mušiek Drosophila D-galaktóze spôsobuje zrýchlenie senescencie (starnutia). Bolo publikované, že vystavenie vysokým dávkam D-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.^[18][19][20] Dve štúdie uvádzajú možný súvis medzi galaktózou v mlieku a rakovinou vaječníkov.^[21][22] Ďalšie štúdie neukázali žiadnu koreláciu, ani v prítomnosti poškodeného metabolizmu galaktózy.^[23][24] 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.^[25] Na preukázanie možných rizík je nutný ďalší výskum.^{[chýba zdroj]}

Podľa niektorých prebiehajúcich štúdií môže galaktóza hrať rolu v liečení fokálne segmentálnej glomeruloskleróze (ochoreniu obličiek, ktoré vedie k zlyhaniu obličiek a proteínúrii).^[26] Tento efekt je pravdepodobne výsledkom viazania galaktózy na faktor FSGS.^[27]

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.^[28]

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.^[29]

Galaktóza v roztoku sacharínu sodného spôsobila navodené vyhýbanie príchutiam v dospelých samiciach potkanov v laboratóriu pri spojení s intragastrickými injekciami (podaním priamo do žalúdka).^[30] 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.^[30]

História

V roku 1855 E. O. Erdmann poznamenal, že hydrolýza laktózy tvorí okrem glukózy i ďalšiu látku.^[31][32] Galaktóza bola prvýkrát izolovaná a študovaná Louisom Pasteurom v roku 1856, kedy ju nazval „laktóza“.^[33] V roku 1860 ju Berthelot premenoval na galaktózu alebo „glucose lactique “(mliečna glukóza).^[34] V roku 1894 určili Emil Fischer a Robert Morrell konfiguráciu galaktózy.^[35]

Referencie

1. galaktóza. In: Encyclopaedia Beliana. 1. vyd. Bratislava : Encyklopedický ústav SAV; Veda, © 1999.
2. Sacharidy [online]. Biopedia.sk, [cit. 2022-04-23]. Dostupné online.
3. Optimising Sweet Taste in Foods. [s.l.] : Woodhead Publishing, 2006-07-17. Dostupné online. ISBN 9781845691646. S. 264. (po anglicky)
4. Organic Reactions Stereochemistry And Mechanism (Through Solved Problems). [s.l.] : New Age International, 2007. Dostupné online. ISBN 9788122417661. S. 43. (po anglicky)
5. ZANETTI, Maurizio; CAPRA, Donald J.. The Antibodies. [s.l.] : CRC Press, 2003-09-02. Dostupné online. ISBN 9780203216514. S. 78.
6. Charles Weismann in the 1940 Census [online]. . Dostupné online. (po anglicky)
7. BHAT, Paike Jayadeva. Galactose Regulon of Yeast: From Genetics to Systems Biology. [s.l.] : Springer Science & Business Media, 2 March 2008. Dostupné online. ISBN 9783540740155. (po anglicky)
8. Galactofuranose biosynthesis in Escherichia coli K-12: identification and cloning of UDP-galactopyranose mutase. Journal of Bacteriology, February 1996, s. 1047–52. DOI: 10.1128/jb.178.4.1047-1052.1996. PMID 8576037.
9. Galactofuranose in eukaryotes: aspects of biosynthesis and functional impact. Glycobiology, April 2012, s. 456–69. DOI: 10.1093/glycob/cwr144. PMID 21940757.
10. Ophardt, C. Galactose [online]. . Dostupné online. Archivované 2006-09-08 z originálu.
11. Modulating the site-specific oral delivery of sorafenib using sugar-grafted nanoparticles for hepatocellular carcinoma treatment. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 2019-09-01, s. 104978. Dostupné online. ISSN 0928-0987. DOI: 10.1016/j.ejps.2019.104978. PMID 31254645. (po anglicky)
12. STAFF. Lactose Intolerance – National Digestive Diseases Information Clearinghouse [online]. June 2009. Dostupné online. Archivované 2011-11-25 z originálu.
13. Contribution of plasma galactose and glucose to milk lactose synthesis during galactose ingestion. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism, January 2003, s. 225–9. DOI: 10.1210/jc.2002-020768. PMID 12519857.
14. The Online Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. [s.l.] : [s.n.]. Galactosemia. a 4 b 21 c 22 d 22
15. Classical galactosaemia revisited. Journal of Inherited Metabolic Disease, August 2006, s. 516–25. DOI: 10.1007/s10545-006-0382-0. PMID 16838075. a 517 b 516 c 519
16. BERG, Jeremy M.; TYMOCZKO, John L.; STRYER, Lubert. Stryer Biochemie. [s.l.] : [s.n.], 2013. Dostupné online. ISBN 978-3-8274-2988-9. DOI:10.1007/978-3-8274-2989-6
17. BERRY, Gerard T. Classic Galactosemia and Clinical Variant Galactosemia. Nih.gov (University of Washington, Seattle), 1993. Dostupné online [cit. 2015-05-17]. PMID 20301691.
18. Intranasal Cerebrolysin Attenuates Learning and Memory Impairments in D-galactose-Induced Senescence in Mice. Experimental Gerontology, January 2017, s. 16–22. DOI: 10.1016/j.exger.2016.11.011. PMID 27894939.
19. Chronic systemic D-galactose exposure induces memory loss, neurodegeneration, and oxidative damage in mice: protective effects of R-alpha-lipoic acid. Journal of Neuroscience Research, August 2006, s. 647–54. DOI: 10.1002/jnr.20899. PMID 16710848.
20. Gene Transcriptional and Metabolic Profile Changes in Mimetic Aging Mice Induced by D-Galactose. PLOS ONE, 2015-07-15, s. e0132088. DOI: 10.1371/journal.pone.0132088. PMID 26176541.
21. Lactase persistence and milk consumption as determinants of ovarian cancer risk. American Journal of Epidemiology, November 1989, s. 904–10. DOI: 10.1093/oxfordjournals.aje.a115423. PMID 2510499.
22. Galactose consumption and metabolism in relation to the risk of ovarian cancer. Lancet, July 1989, s. 66–71. DOI: 10.1016/S0140-6736(89)90313-9. PMID 2567871.
23. The N314D polymorphism of galactose-1-phosphate uridyl transferase does not modify the risk of ovarian cancer. Cancer Epidemiology, Biomarkers & Prevention, July 2003, s. 678–80. PMID 12869412.
24. Association of galactose-1-phosphate uridyltransferase activity and N314D genotype with the risk of ovarian cancer. American Journal of Epidemiology, October 2002, s. 693–701. DOI: 10.1093/aje/kwf104. PMID 12370157.
25. Dairy products and ovarian cancer: a pooled analysis of 12 cohort studies. Cancer Epidemiology, Biomarkers & Prevention, February 2006, s. 364–72. DOI: 10.1158/1055-9965.EPI-05-0484. PMID 16492930.
26. FSGS permeability factor-associated nephrotic syndrome: remission after oral galactose therapy. Nephrology, Dialysis, Transplantation, September 2009, s. 2938–40. DOI: 10.1093/ndt/gfp278. PMID 19509024.
27. Circulating permeability factors in idiopathic nephrotic syndrome and focal segmental glomerulosclerosis. Clinical Journal of the American Society of Nephrology, November 2010, s. 2115–21. DOI: 10.2215/CJN.03800609. PMID 20966123.
28. RAVEN, Peter H.; JOHNSON, George B.. Understanding Biology. 3rd. vyd. [s.l.] : WM C. Brown, 1995. ISBN 978-0-697-22213-8. S. 203.
29. Alpha-gal syndrome - Symptoms and causes [online]. . Dostupné online. (po anglicky)
30. Conditioned Flavor Avoidance, Preference, and Indifference Produced by Intragastric Infusions of Galactose, Glucose, and Fructose in Rats. Physiology & Behavior, 1999-08-15, s. 227–234. Dostupné online. ISSN 0031-9384. DOI: 10.1016/S0031-9384(99)00053-0. PMID 10477054. (po anglicky)
31. ERDMANN, E. O. (1855). Dissertatio de saccharo lactico et amylaceo [Dissertation on milk sugar and starch]. [s.l.] : University of Berlin, 1885.
32. Jahresbericht über die Fortschritte der reinen, pharmaceutischen und technischen Chemie [online]. 1855. S. 671–673. Dostupné online. (po nemecky) Hlavne strana 673.
33. Note sur le sucre de lait. Comptes rendus, 1856, s. 347–351. Dostupné online. (po francúzsky)
34. BERTHELOT, Marcellin. Chimie organique fondée sur la synthèse. Mallet-Bachelier (Paris, France), 1860, s. 248–249. Dostupné online. (po francúzsky)
35. Ueber die Configuration der Rhamnose und Galactose. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft zu Berlin, 1894, s. 382–394. Dostupné online. DOI: 10.1002/cber.18940270177. (po nemecky) Konfigurácia galaktózy je vyobrazená na strane 385.

Pozri aj

• Galaktogén
• Galaktolýza

Zdroj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Galactose na anglickej Wikipédii.