Lactose

Lactose – Strukturformel und Definition

Lactose ist wohl eines der berühmteren Kohlenhydrate, von dem du sicher schon einmal gehört hast. Es ist eines der Hauptbestandteile von Milch und Milchprodukten, weswegen Lactose auch gerne Milchzucker genannt wird.

Auch Menschen produzieren Lactose in den Brustdrüsen für die Herstellung von Muttermilch. Lactose ist nicht nur für Menschen ein wichtiger Energielieferant in der Säuglingsphase, auch bei allen anderen Säugetieren kommt Lactose in unterschiedlichen Konzentrationen in der Muttermilch vor.

Lactose ist chemisch betrachtet ein Disaccharid und besteht aus den Monosacchariden D-Glucose und D-Galactose, die über eine β-1,4-glykosidische Bindung miteinander verbunden sind.

Kurze Wiederholung der Disaccharide

Bevor du dich auf die Lactose mit all ihren chemischen Eigenschaften stürzt, wiederholst du am besten kurz, was Disaccharide sind.

Beispiele für Disaccharide sind neben Lactose auch die Saccharose (den Zucker, den du bei dir daheim in der Küche findest – auch Haushaltszucker genannt) und die Maltose (der Malzzucker). Maltose kommt zum Beispiel in Getreidekörnern oder Bier vor.

Die Verbindung von zwei Monosacchariden erfolgt über eine Kondensationsreaktion. Dabei wird an einem Saccharid H, also Wasserstoff, abgespalten, während an dem anderen eine ganze OH-Gruppe abgespalten wird. Es entsteht folglich Wasser, während die Saccharide über Sauerstoff miteinander verbunden werden. Je nach Position der OH-Gruppen unterscheidet man folgende Bindungen:

• 1,4-glykosidische Bindungen: Die Bindung besteht zwischen dem ersten C-Atom des linken Monosaccharids und dem vierten C-Atom des rechten Monosaccharids.
• 1,1-glykosidische Bindung: Die Bindung besteht zwischen den jeweils ersten C-Atomen der Monosaccharide.

Lactose beispielsweise besitzt eine 1,4-glykosidische Bindung.

Zusätzlich kann man auch noch zwischen α- oder β-glykosidische Bindungen unterscheiden. Dies hängt von der Stellung der OH-Gruppe und des anomeren C-Atoms ab. Das anomere C-Atome bezeichnet dabei das C-Atom, an dem die glykosidische Bindung entsteht.

Die Abbildung zeigt dir nun eine solche β-glykosidische Bindung, da X nach oben zeigt. Bei Lactose ist genau dies der Fall. Das Sauerstoff zeigt in dieser Schreibweise nach oben. Daher lautet der volle Name der Bindung bei Lactose β-1,4-glykosidische Bindung.

Synthese von Lactose

Galactose-Synthese

Lactose wird unter anderem in dem Drüsengewebe unserer Brust benötigt. Willst du Lactose also herstellen, benötigst du dafür erst einmal die Monosaccharide Glucose und Galactose.

Glucose erhältst du durch die Nahrungsaufnahme. Galactose hingegen muss unser Körper selber aus Glucose herstellen. Dafür benötigst du das Enzym UDP-Galactose-4-Epimerase, das die Reaktion katalysiert.

Glucose wird in der chemischen Reaktion unter enzymatischer Katalyse zuerst in UDP-Glucose umgewandelt und dann erst in UDP-Galactose. Die angehangene Phosphatgruppe macht die Umwandlung erst möglich. UDP-Galactose wird in unserem Körper dann entweder für die Biosynthese von Glykoproteinen und Glykolipiden verwendet oder zur Lactose-Synthese hergenommen.

Lactose-Synthese im Körper

Für die Lactose-Biosynthese brauchen wir jetzt die Lactose-Synthase als Enzymkomplex. Die Lactose-Synthase entsteht aus der Galactosyl-Transferase. Die Galactosyl-Transferase hat die Fähigkeit glykosidische Bindungen zu knüpfen bzw. dabei zu helfen und ist deswegen für unsere Disaccharid Bildung von enormer Bedeutung.

Die Galactosyl-Transferase wird durch α-Laktalbumin modifiziert, indem es sich an die Galactosyl-Transferase bindet und mit ihr einen α-Laktalbumin-Galactosyl-Transferase-Komplex bildet. Diesen Komplex nennt man dann auch vereinfacht Lactose-Synthase.

Die Lactose-Synthase katalysiert dann unsere eigentliche Bildung von Lactose. Sie verbindet UDP-Galactose und Glucose über eine β-1,4-glykosidische Verknüpfung unter Wasserabspaltung. Als Produkt entstehen am Ende dann Lactose und UDP (Uridindiphosphat).

Lactose-Abbau im Körper

Lactose nehmen wir vor allem durch Milch und Milchprodukte über unsere Nahrung auf. Um Lactose dann auch verwerten zu können, müssen wir sie in unserem Darm resorbieren können. Dafür muss die Lactose wieder in ihre Monosaccharide aufgespalten werden.

Dies passiert mithilfe des Enzyms Lactase, manchmal auch β-Galactosidase genannt. Sie arbeitet vor allem im Duodenum, also im Dünndarm, und zerlegt dort das Disaccharid Lactose wieder in Galactose und Glucose. Nur als Monosaccharid können Zucker in den Organismus aufgenommen werden und dort für den Stoffwechsel und die damit einhergehende Energieversorgung verwendet werden. Galactose muss dabei zuerst in Glucose umgewandelt werden.

Lactose – Vorkommen

Lactose ist nicht nur ein wichtiger Bestandteil der Milch aller Säugetiere, sondern kommt auch sonst in mehreren Bereichen unseres Lebens vor. So wird es auch bei der Herstellung von Milchpulver benutzt und kann als Hilfsmitteln in verschiedenen pharmazeutischen Produkten vorkommen. In sämtlichen Milchprodukten befindet sich natürlich auch Lactose (außer sie ist dementsprechend als lactosefrei gekennzeichnet).

Will man Milchprodukte haltbarer machen, kann man dies mithilfe der Milchsäuregärung erreichen. Dabei zersetzten Milchsäurebakterien, unter Mitarbeit der Lactase, die Lactose in Galactose und Glucose und machen das Produkt so haltbarer. Für diese Reaktion wird Wasser (H₂0) benötigt. Es entstehen z.B. Sauermilchprodukte wie Joghurt oder Quark.

Lactoseintoleranz

Ein sehr berühmtes Krankheitsbild ist die Lactoseintoleranz, wenn es um Lactose geht. Bei der Lactoseintoleranz kann Lactose nicht mehr abgebaut werden, da das passende Enzym – die Lactase – fehlt.

Die Lactase hat in der Säuglingsphase normalerweise jeder. Später bildet sie sich zurück. Allerdings haben sich einige Völker der Erde durch Evolution die Lactase genetisch beibehalten, indem sie sie nicht zurückbilden. So können dort auch Erwachsene ohne Bedenken Milch trinken.

Fehlt die Lactase jedoch (also entweder bei manchen Erwachsenen oder durch einen genetischen Defekt schon bei Säuglingen) kann die Lactase im Dünndarm keine Lactose mehr zerlegen. Die Lactose wird deswegen unbeschädigt den Dünndarm passieren und weiter ungehindert in den Dickdarm wandern. Dort wird sie stattdessen von unseren Darmbakterien zerlegt. Diese Art des Abbaus führt zur Gas- und Säurebildung (Flatulenzen). Ferner zieht Lactose auf seinem Weg osmotisch Wasser in den Darm. Es kommt zum Durchfall.

Die Diagnose stellt man meist einfach durch einen Lactosebelastungstest und der dazugehörigen Symptombeschreibung. Dabei verabreicht man dem Patienten oral Lactose. Fehlt die Lactase kommt es zu keinem Blutglucoseanstieg nach der Aufnahme.

Therapie

Der auf eine derartige Diagnose ausgestellte Therapieplan ist einfach: lactosefreie Ernährung. Keine Milchprodukte, keine Milch. Oder, wenn man nicht auf Milch verzichten will, kann man auch Lactase seiner Ernährung zusetzen, die dann für einen die Lactose spaltet bevor sie den Dickdarm erreichen kann. Dank heutiger Medizin ist es einfach, sowohl die "Erkrankung" selbst als auch Gegenmittel dafür zu finden.

Galactosämie

Eine andere Krankheit, die gerne mal mit Lactoseintoleranz verwechselt wird, ist die Galactosämie. Lactose wird in seine Monosaccharide gespalten. Dabei entsteht unter anderem Galactose. Eine Epimerase wandelt die Galactose dann in Glucose um.

Fehlt diese Epimerase, kann die Galactose nicht umgewandelt werden und reichert sich stattdessen im Blut an. Es entsteht eine Galactosämie. Diese kann bei Säuglingen Entwicklungsstörungen verursachen und teilweise sogar lebensbedrohlich sein, denn auch das Zentrale Nervensystem, die Leber und die Niere werden geschädigt. Außerdem kann es zu mentalen Problemen und Störungen kommen.

Therapie

Auch hier ist eine Ernährungsumstellung vonnöten. Die Betroffenen müssen komplett auf Milch und Milchprodukte verzichten, aber auch auf alle anderen Nahrungsmittel, die Galactose enthalten oder im Körper zu Galactose abgebaut werden.