Lattosio: cos’è, dove si trova, digestione, intolleranza

Il lattosio o zucchero di latte o beta-D-galattopiranosil-(1→4)-D-glucosio è un disaccaride formato da una molecola di beta-D-galattosio e una di D-glucosio, entrambe in forma piranosica. I due monosaccaridi sono uniti da un legame glicosidico β-(1→4). Poiché il glucosio conserva un carbonio emiacetalico, il lattosio è uno è uno zucchero riducente e ha due forme anomeriche, indicate come alfa e beta.[12]
Viene prodotto dalle cellule epiteliali della ghiandola mammaria nel corso dell’allattamento, in una reazione di condensazione tra l’UDP-galattosio e il glucosio.[1] La reazione è catalizzata dal complesso della lattosio sintetasi (EC 2.4.1.22), un eterodimero formato dalla alfa-lattoalbumina e dalla beta-1,4-galattosil transferasi 1 (EC 2.4.1.38).[9]
Nell’adulto costituisce il 5-10% dei carboidrati alimentari e, con l’amido e il saccarosio, è uno dei tre più comuni carboidrati assunti con la dieta.[11]
Nel duodeno e digiuno, grazie alla presenza della lattasi (EC 3.2.1.108), una idrolasi dell’orletto a spazzola degli enterociti, il legame glicosidico β-(1→4) del lattosio viene idrolizzato, con liberazione di glucosio e galattosio.[17]
La condizione in cui l’attività lattasica non è sufficiente a digerire il lattosio assunto con la dieta viene definita ipolattasia o deficit di lattasi, determina malassorbimento del disaccaride e può essere accompagnata dalla sindrome da intolleranza al lattosio, una condizione riconosciuta solo negli ultimi 50 anni e la principale intolleranza alimentare che interessa l’uomo.[5]
Il lattosio svolge diverse funzioni, come fornire circa il 40% dell’energia che il lattante ricava dal latte materno ed essere una fonte di galattosio, monosaccaride essenziale nella biosintesi di macromolecole glicosilate indispensabili per il corretto sviluppo del sistema nervoso.[3]
E’ presente nei latticini in quantità inversamente correlate al grado di stagionatura del prodotto.[4]
Trova utilizzo, tra gli additivi, nell’industria alimentare e farmaceutica.[15][16]

Indice

Proprietà chimiche

Al pari dei disaccaridi saccarosio, maltosio e trealosio ha formula molecolare C12H22O11 e massa molare di 342,30 g/mol.[12]
E’ meno solubile rispetto agli altri disaccaridi, e ha una dolcezza pari al 16% di quella del saccarosio.
Il legame glicosidico tra galattosio e glucosio ha configurazione beta, ossia il legame dal carbonio anomerico del galattosio è rivolto verso l’alto rispetto al piano formato dalla molecola del galattosio. Da notare che il legame glicosidico β-(1→4) si ritrova anche nella cellulosa e nella chitina.[16]

Formula di struttura, in proiezione di Haworth, degli anomeri del lattosio
Anomeri del Lattosio

Come tutti i monosaccaridi, e il maltosio tra i disaccaridi, è uno zucchero riducente in quanto il legame glicosidico β-(1→4) non intersessa il carbonio emiacetalico (anomerico) del glucosio; pertanto, in soluzione l’anello del glucosio potrà aprirsi presentando un gruppo aldeidico.[13]
La forma a catena aperta del glucosio è termodinamicamente sfavorita, ed è presente solo in tracce in soluzione, meno dello 0,02%. Alla chiusura dell’anello si possono avere due configurazione cicliche piranosiche, che differiscono nella configurazione del carbonio emiacetalico. Questo fenomeno viene definito mutarotazione, mentre gli isomeri risultanti sono indicati come anomeri alfa e beta. In soluzione, a 20 °C l’anomero prevalente è quello beta, con circa il 67%, sebbene l’equilibrio cambi in funzione della temperatura. A temperature >93,5 °C è presente solo l’anomero beta.[8]

L’anomeria è un tipo di isomeria ottica caratteristica dei carboidrati, dove lo zucchero ciclico differisce solo nella conformazione del carbonio emiacetalico o emichetalico, che è definito anomerico.

Biosintesi

Il lattosio viene prodotto dalle cellule epiteliali della ghiandola mammaria in una reazione catalizzata dal complesso della lattosio sintasi, un eterodimero presente nell’apparato di Golgi e formato dal legame tra la alfa-lattoalbumina e la beta-1,4-galattosil transferasi 1 (EC 2.4.1.38), proteina intrinseca della membrana dell’apparato di Golgi, in un rapporto 1:1.[9] Questa interazione proteina-proteina è reversibile ed è promossa dai monosaccaridi e dall’UDP-galattosio.[24]
Il complesso catalizza una reazione tra l’UDP-galattosio e il glucosio, con trasferimento del galattosio al glucosio e formazione di un legame glicosidico β-(1→4) tra il C1 del galattosio e l’atomo di ossigeno del gruppo ossidrilico legato al C4 del glucosio.[1]
Il glucosio è il principale precursore dei monosaccaridi che compongono il lattosio, rispettivamente di tutto il glucosio e di circa il 70% del galattosio.
La formazione del complesso tra la beta-1,4-galattosil transferasi 1 e l’alfa-lattoalbumina avviene nel lume dell’apparato di Golgi. L’alfa-lattoalbumina, una proteina secretoria, in una fase del suo tragitto all’interno della cellula diviene una componente solubile e transiente del contenuto del lume dell’apparato di Golgi, ed è in questa fase che si lega reversibilmente alla beta-1,4-galattosil transferasi 1. E la natura transitoria dell’interazione tra l’alfa-lattoalbumina e la galattosil transferasi assicura un legame tra la sintesi delle proteine del latte e quella del lattosio nel corso dell’allattamento.[24]
Il lattosio non può attraversare la membrana dell’apparato di Golgi, e, con l’alfa-lattoalbumina, lascia la cellula epiteliale della ghiandola mammaria attraverso vacuoli secretori il cui contenuto viene rilasciato all’esterno per esocitosi.[2]

Alfa-lattoalbumina

La lattoalbumina è una delle principali proteine del siero del latte, è cataliticamente inattiva, ed esiste in due forme: l’alfa-lattoalbumina, che è la forma prevalente nel latte umano, e la beta-lattoalbumina, prevalente invece nel latte dei Ruminanti, in particolare in quello vaccino.
La sintesi del lattosio richiede la presenza della alfa-lattoalbumina, e la trascrizione del suo gene è regolata dall’ormone prolattina o ormone luteotropo. Quello che accade è che dopo il parto la riduzione dei livelli di progesterone determina un aumento della sintesi di prolattina, che, a livello delle cellule epiteliali della ghiandola mammaria stimola la sintesi della alfa-lattoalbumina, e di conseguenza la formazione del complesso della lattosio sintasi. Se invece si considera la ghiandola mammaria non in lattazione, l’alfa-lattoalbumina non viene prodotta, il complesso della lattosio sintasi non si forma e il lattosio non è prodotto.[14]

Beta-1,4-galattosil transferasi 1

Nei mammiferi la beta-1,4-galattosil transferasi 1 fa parte di un gruppo di sette galattosil transferasi che catalizzano la formazione di legami glicosidici β-(1→4) tra il galattosio e differenti accettori.[24] E’ espressa nella maggior parte dei tessuti dove catalizza l’addizione del galattosio al gruppo 4-ossidrile di un residuo di N-acetil-β-D-glucosammina terminale non riducente di glicoproteine e glicolipidi.[14]
La beta-1,4-galattosil transferasi 1 ha una bassa affinità per il glucosio, con una Km di circa 2 mol/L.[2] Nel corso della gravidanza l’enzima viene prodotto e immagazzinato nelle cellule epiteliali della ghiandola mammaria. Il successivo legame con l’alfa-lattoalbumina innesca modificazioni conformazionali a carico della regione del sito attivo a seguito delle quali l’affinità dell’enzima per il glucosio aumenta di circa 1000 volte, e quindi la Km per il monosaccaride passa a circa 2 mmol/L. Ciò permette, a concentrazioni fisiologiche del glucosio, la sintesi preferenziale ed efficiente del lattosio rispetto alla galattosilazione di altri accettori.[24]

Fonti alimentari

Il lattosio è contenuto nel latte di quasi tutte le specie di mammifero, sebbene in quantità differenti tra le diverse specie. Ad esempio rappresenta circa il 7,5% e il 4,5% della composizione del latte della donna e della mucca.[6] La sua concentrazione nel corso dell’allattamento rimane invece relativamente stabile.[7]
E’ assente nel latte di poche specie di mammiferi, ad esempio diversi appartenenti alla famiglia delle Otariidae, come l’otaria del Capo (Arctocephalus pusillus pusillus) o il leone marino della California (Zalophus californianus), o alla famiglia delle Phocidae come la foca dal cappuccio (Cystophora cristata). Nell’otaria del Capo, la capacità di produrre lattosio è stata perduta a seguito di mutazioni del gene per l’alfa-lattoalbumina risultanti nell’assenza della proteina.[19]
Nei prodotti caseari è presente in quantità variabili e inversamente proporzionali al grado di stagionatura. Quindi prodotti come yogurt o la ricotta ne hanno le quantità maggiori, mentre i formaggi a pasta dura presentano i livelli più bassi, in molti casi prossimi allo zero.[4]
E’ presente in quantità estremamente elevate in prodotti come il latte in polvere, e nel siero di latte in polvere.[15]

Alimento (100 g) Lattosio (g)
Latte umano 7,5
Latte vaccino intero 4,8
Latte vaccino parzialmente scremato 4,9
Latte vaccino scremato 4,9
Latte intero in polvere 35,1
Latte scremato in polvere 50,5
Siero di latte in polvere 58-62
Latte di bufala 4,9
Latte di capra 4,2
Yogurt 3-4
Ricotta vaccina 4,0
Formaggini 6
Formaggi freschi come mozzarella, crescenza o caprino 1-3
Emmenthal e formaggi a pasta semidura 0,1
Parmigiano Reggiano, Grana Padano, formaggi a pasta dura 0

Si ritrova in prodotti quali caramelle, cioccolato, cereali da prima colazione, prodotti da forno e salumi, dove viene utilizzato come additivo alimentare.[4]
E’ utilizzato anche  nell’industria farmaceutica, sebbene in concentrazioni dell’ordine dei milligrammi, nella produzione di pasticche e di inalatori.[15]

Digestione del lattosio

Nell’uomo, e nei mammiferi in generale, la digestione dei carboidrati avviene principalmente nel duodeno e nel digiuno. L’alfa-amilasi pancreatica e le disaccaridasi dell’orletto a spazzola degli enterociti idrolizzano polisaccaridi, oligosaccaridi e disaccaridi nei monosaccaridi costituenti, ovvero glucosio, galattosio e fruttosio. Segue quindi, sempre nell’intestino tenue, l’assorbimento dei monosaccaridi rilasciati.[17]
L’enzima responsabile dell’idrolisi del legame glicosidico β-(1→4) del lattosio è la lattasi o lattasi-florizin idrolasi. In condizioni fisiologiche è presente alla nascita in tutti i soggetti, essendo cruciale per la digestione del lattosio.[23] L’enzima ha due siti attivi:

  • uno in grado di idrolizzare il legame glicosidico β-(1→4), dunque una beta-glucosidasi;
  • l’altro con attività florizin idrolasica, in grado di idrolizzare la florizina e glicolipidi, come le ceramidi a dare acidi grassi e sfingosina.

La lattasi è presente abbondantemente nella porzione mediana del digiuno, e, tra le idrolasi dell’orletto a spazzola degli enterociti è l’unica in grado di idrolizzare il legame glicosidico β-(1→4) del lattosio.[21]
Tra le disaccaridasi è l’ultima ad apparire nel corso della vita fetale, intorno all’ottava settimana dal concepimento. Alla trentaquattresima settimana è presente circa un terzo dell’attività lattasica rilevata a fine gestazione, mentre tra la trentacinquesima e la trentottesima settimana si raggiungono i tre quarti. In quasi tutti i bambini a termine sia la sintesi che l’attività lattasica sono elevate e rimangono tali durante i primi quattro anni di vita.[20]
Poiché viene espressa tardi nel corso dello sviluppo degli enterociti, quando gli stessi hanno quasi raggiunto l’estremità del villo, e poiché l’enzima protrude dalla membrana spesso è il primo a essere perso nelle malattie intestinali.[20]

Bibliografia

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