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Enthüllung der chemischen Struktur von Galaktose: Warum ist sie so eng mit Glukose verwandt?
Galactose, manchmal auch als Gal bezeichnet, ist ein Monosaccharid mit einer mit Glucose vergleichbaren Süße, etwa 65 % der Süße von Saccharose. Es ist eine Aldose und das C-4-Epimer von Glucose. Wenn sich ein Galaktosemolekül mit einem Glucosemolekül verbindet, entsteht Laktose. Eine polymere Form von Galaktose, Galaktan genannt, kommt in Hemicellulose vor, die eine Klasse natürlich vorkommender polymerer Kohlenhydrate namens Galaktane bildet. D-Galaktose wird auch „Gehirnzucker“ genannt, da sie Bestandteil von Glykoproteinen (Oligosaccharid-Eiweiß-Verbindungen) im Nervengewebe ist.
„In der Welt der Biochemie sind Galaktose und Glukose wie enge Partner, die aufeinander angewiesen sind und viele Eckpfeiler des Lebens bilden.“
Struktur der Galaktose
Galaktose kann in offenkettigen und ringförmigen Formen vorkommen. Die offenkettige Form hat eine Carbonylgruppe am Ende der Kette. Die zyklische Form hat vier Isomere, von denen zwei Pyranose (Sechsringe) und die anderen beiden Furanose (Fünfringe) sind. In der zyklischen Form entstehen zwei Isomere, nämlich die α-Form und die β-Form, da bei der Umwandlung von der offenkettigen Form in die zyklische Form ein neues Stereozentrum an der offenkettigen Carbonylposition entsteht.
Laut Infrarotspektroskopie zeigt Galactose eine breite und starke Dehnung von etwa 2500 cm−1 bis 3700 cm−1. Gleichzeitig können die Eigenschaften von Galaktose auch im Protonen-Kernspinresonanzspektrum (NMR) bei 4,7 ppm, 4,15 ppm und mehreren anderen chemischen Verschiebungen beobachtet werden.
Die Beziehung zwischen Laktose und Galaktose
Laktose ist ein Disaccharid, das durch die Dehydratisierungsreaktion von Galaktose und Glukose entsteht. Die Hydrolyse von Laktose wird durch Laktase und β-Galaktosidase katalysiert, Enzyme aus dem Laktose-Operon von Escherichia coli. In der Natur kommt Laktose hauptsächlich in Milch und Milchprodukten vor. Daher enthalten viele Lebensmittel, die mit Milchprodukten hergestellt werden, Laktose.
„Der Galaktosestoffwechsel ist von entscheidender Bedeutung, da er nicht nur die Laktoseproduktion unterstützt, sondern auch eine Vielzahl physiologischer Rollen spielt.“
Während des Laktationsprozesses muss der Mensch Galaktose und Glukose im Verhältnis 1:1 zu sich nehmen, damit die Brustdrüsen Laktose synthetisieren und absondern können. Studien haben gezeigt, dass bei einer galaktosereichen Ernährung von Frauen ein erheblicher Anteil der von ihnen produzierten Laktose aus Glukose und Galaktose im Plasma stammt.
Galaktosestoffwechsel
Der menschliche Körper kann Galaktose nicht direkt in Energie umwandeln; er muss zunächst eine Reihe von Stoffwechselwegen durchlaufen, insbesondere den berühmten Leloir-Weg. An diesem Stoffwechselweg sind mehrere wichtige Enzyme beteiligt, darunter Galactokinase (GALK), Galactose-1-phosphat-Uridyltransferase (GALT) und Uridin-Galactose-4'-Epimerase (GALE). Diese Enzyme arbeiten zusammen, um β-D-Galactose in UDP-Glucose umzuwandeln. Jeder Schritt dieses Prozesses ist wichtig. Wenn eines dieser Enzyme fehlt, führt dies zu einer Galaktoseintoleranz, die dem Patienten große Schmerzen bereitet.
Galaktosequellen
Galaktose ist in Milchprodukten, Avocados, Zuckerrüben und vielen Gummis und Schleimstoffen enthalten. Darüber hinaus kann es auch in vivo als Teil von Glykolipiden und Glykoproteinen in verschiedenen Geweben synthetisiert werden. Bei seinem Syntheseprozess können auch bestimmte Biokonversionsprozesse eine Rolle spielen, wie etwa die Produktion von Ethanol der dritten Generation, das aus Meeresalgen gewonnen wird.
Klinische BedeutungTierversuche mit langfristiger Exposition gegenüber D-Galaktose haben gezeigt, dass diese den Alterungsprozess beschleunigen kann. Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass hohe Dosen von D-Galactose die Fruchtbarkeit von Organismen beeinträchtigen können. Einige vorläufige Studien deuteten sogar auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Galaktose und Eierstockkrebs hin, eine umfassende Prüfung der Ergebnisse ergab jedoch keinen klaren Zusammenhang. Aktuelle Studien konzentrieren sich auf die möglichen positiven Effekte von Galaktose bei Nierenerkrankungen wie der fokalen Tubulussklerose.
Historischer HintergrundBereits 1855 bemerkte E. O. Erdmann, dass bei der Hydrolyse von Laktose andere Substanzen als Glukose entstehen. Galaktose wurde erstmals 1856 von Louis Pasteur isoliert und untersucht, der sie „Laktose“ nannte. Anschließend, im Jahr 1860, wurde es von Portello in „Galactose“ umbenannt. 1894 bestimmten Emil Fischer und Robert Morel die Struktur der Galaktose.
Galaktose zeigt in der Biochemie und klinischen Medizin zunehmend ihre Bedeutung und künftige Forschungen werden vielleicht noch mehr über diesen Zucker ans Licht bringen. Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, welche tiefgreifenden Auswirkungen dieser alltägliche Stoff, Zucker, auf die menschliche Gesundheit und Erkrankungen haben kann?
