Disaccaridi: struttura, digestione e carenze di glicosidasi

I disaccaridi sono carboidrati costituiti dall’unione di due monosaccaridi tramite un legame covalente chiamato legame glicosidico.^[1]

Nell’alimentazione umana, i disaccaridi sono rappresentati dal saccarosio, lattosio, maltosio e trealosio, i quali sono isomeri di struttura che si distinguono per solubilità, potere dolcificante e reattività chimica.^[2]

La loro digestione avviene a livello della mucosa dell’intestino tenue e richiede l’intervento di uno specifico corredo di glicosidasi localizzate sull’orletto a spazzola degli enterociti.^[3] Questi enzimi mostrano un’elevata stereospecificità, distinguendo la configurazione dell’anomero α o β del legame glicosidico.^[4]

Quando l’attività di uno o più di questi enzimi è assente o carente, per alterazioni genetiche primarie o danni secondari alla mucosa intestinale, si verifica un malassorbimento dei disaccaridi. Il disaccaride non digerito prosegue verso il colon, dove agisce come soluto osmoticamente attivo e viene fermentato dal microbiota intestinale, innescando sintomi gastrointestinali sovrapponibili tra i diversi deficit enzimatici.^[5][6]

Indice

• Proprietà chimiche
• Legame glicosidico nei disaccaridi
  • Stereospecificità del legame glicosidico
• Disaccaridi alimentari
• Digestione dei disaccaridi e glicosidasi
  • Deficit delle glicosidasi intestinali
• Bibliografia

Proprietà chimiche

I disaccaridi sono molecole organiche formate dall’unione per condensazione di due monosaccaridi, uniti da un legame covalente chiamato legame glicosidico.^[1]

Saccarosio, lattosio, maltosio e trealosio hanno formula chimica generale C₁₂H₂₂O₁₁ e peso molecolare pari a circa 342,30 g/mol, differenziandosi per la disposizione degli atomi; dunque sono isomeri.^[7]

Sulla base della presenza o meno di un gruppo emiacetalico libero che possa agire come gruppo aldeidico riducente, i disaccaridi possono essere riducenti o non riducenti. Al primo gruppo appartengono il lattosio e il maltosio, al secondo il saccarosio e il trealosio, poiché anche il gruppo emiacetalico del secondo monosaccaride è impegnato nella formazione del legame glicosidico.^[2]

Lattosio e maltosio, essendo disaccaridi riducenti, quindi dotati di un gruppo emiacetalico libero, possono andare incontro alla reazione di Maillard, reagendo nella cottura con gli amminoacidi delle proteine e portando alla formazione di composti aromatici e all’imbrunimento della superficie degli alimenti durante la cottura.^[8]

I disaccaridi, al pari dei monosaccaridi, sono molecole facilmente solubili in acqua e che si presentano dolci al palato. Il loro potere dolcificante viene rapportato a quello del saccarosio, a cui si attribuisce per convenzione il valore 1: il lattosio presenta un valore di 0,16–0,4, il maltosio di 0,3–0,5, e il trealosio di circa 0,45.^[9]

Legame glicosidico nei disaccaridi

Nei disaccaridi, i due monosaccaridi sono uniti da legame glicosidico, un legame covalente che si stabilisce tra l’atomo di ossigeno di un ossidrile facente parte di un gruppo emiacetalico di una molecola e un atomo nucleofilo, in genere un atomo di ossigeno, azoto o zolfo, di un’altra molecola. La reazione che porta alla formazione del legame glicosidico è una condensazione, che comporta il rilascio di una molecola d’acqua e la formazione di un acetale.

Nel caso della formazione dei disaccaridi, l’atomo nucleofilo che porta l’attacco appartiene a un secondo monosaccaride, e il legame che si stabilisce è un legame O-glicosidico.^[8]

Stereospecificità del legame glicosidico

Sulla base della configurazione di partenza del carbonio emiacetalico, il legame glicosidico può essere di tipo α o β.^[4]

Se consideriamo il carbonio emiacetalico di un qualsiasi monosaccaride, questo presenta il fenomeno dell’anomeria: nella forma ciclica a catena chiusa della molecola sono infatti possibili due distinte configurazioni stereochimiche, indicate come anomeri α o β.

Nel corso della ciclizzazione intramolecolare che porta alla chiusura dell’anello, con conversione del carbonio carbonilico sp² in un centro chirale:

• l’isomero α si forma quando l’ossidrile anomerico si dispone in posizione trans rispetto al gruppo stereocentrico di riferimento, ovvero orientato verso il basso nella rappresentazione di Haworth per la serie D;
• l’isomero β si forma quando l’ossidrile anomerico si dispone in posizione cis rispetto al gruppo di riferimento, ovvero orientato verso l’alto nella rappresentazione di Haworth per la serie D.

La configurazione β è in genere la forma termodinamicamente predominante in soluzione acquosa.^[1][8]

Disaccaridi alimentari

I disaccaridi maggiormente presenti nella nostra alimentazione sono il saccarosio e il lattosio. Meno frequente è il trealosio, mentre il maltosio, a meno di non essere utilizzato come additivo, deriva quasi esclusivamente dall’idrolisi dell’amido, ovvero dell’amilosio e dell’amilopectina che lo compongono, ad opera della α-amilasi.^[7]

Disaccaridi alimentari: proprietà chimiche e fisiologiche

Disaccaride	Monosaccaridi costituenti	Tipologia di legame glicosidico	Gruppo emiacetalico e potere riducente	Potere dolcificante relativo (saccarosio = 1)	Enzima intestinale specifico
Saccarosio	α-D-glucosio + β-D-fruttosio	α-(1→2)β inter-anomerico	Assente (non riducente)	1.0	Saccarasi-isomaltasi (EC 3.2.1.48)
Lattosio	β-D-galattosio + β-D-glucosio	β-(1→4) lineare	Presente su C1 del glucosio (riducente)	0,16–0,40	Lattasi (EC 3.2.1.108)
Maltosio	α-D-glucosio + α-D-glucosio	α-(1→4) lineare	Presente sul secondo C1 (riducente)	0,30 – 0,50	Maltasi-glucoamilasi (EC 3.2.1.20)
Trealosio	α-D-glucosio + α-D-glucosio	α,α-(1→1) inter-anomerico	Assente (non riducente)	~0,45	Trealasi (EC 3.2.1.28)

Digestione dei disaccaridi e glicosidasi

Negli organismi viventi, la scissione del legame glicosidico dei disaccaridi è catalizzata dalle glicosidasi (EC 3.2.1), idrolasi in grado di scindere legami S– ed O–glicosidici.^[4]

La struttura tridimensionale del loro sito attivo, conseguente alla disposizione spaziale delle catene laterali degli amminoacidi che lo delimitano, conferisce un’elevata stereospecificità: le glicosidasi dell’orletto a spazzola intestinale distinguono infatti gli isomeri D dagli L dei monosaccaridi e scindono selettivamente l’anomero α o β del legame, pur mostrando un’attività prevalente per le configurazioni α-glicosidiche.^[10]
Di seguito le glicosidasi interessate.

• La saccarasi-isomaltasi (EC 3.2.1.48) è un enzima con due siti attivi, uno specifico per il legame glicosidico α,β-(1→2) del saccarosio, quindi una saccarasi, e l’altro in grado di idrolizzare il legame glicosidico α-(1→6) delle destrine α-limite.^[11]
• La maltasi-glucoamilasi è anch’esso un enzima dotato di due siti attivi entrambi specifici per il legame glicosidico α-(1→4), uno che agisce sul maltosio (EC 3.2.1.20), l’altro con specificità più ampia per oligosaccaridi formati da 4‒9 unità di glucosio (EC 3.2.1.3).^[12]
• La trealasi (EC 3.2.1.28) è specifico per il legame glicosidico α,α-(1→1) del trealosio.^[13]
• La lattasi (EC 3.2.1.108) è unica tra le glicosidasi intestinali, in quanto è stereospecifica per il legame glicosidico β-(1→4) del lattosio; quindi è l’unica β-glicosidasi digestiva secreta sull’orletto a spazzola dell’intestino tenue.^[14]

Deficit delle glicosidasi intestinali

L’assenza o la ridotta attività di uno o più di questi enzimi, dovuta a mutazioni genetiche o condizioni patologiche che danneggiano l’orletto a spazzola, impedisce la corretta digestione dei disaccaridi. Di conseguenza, questi carboidrati non digeriti raggiungono il colon, dove vengono fermentati dal microbiota intestinale.^[3][6]

Ciò porta alla produzione di gas e acidi grassi a catena corta, con conseguente fastidio addominale, diarrea osmotica-fermentativa e altri sintomi gastrointestinali.^[5]
Di seguito esempi di deficit genetici primari.

• Ipolattasia primaria: un calo geneticamente programmato della lattasi nell’adulto, condizione che interessa circa tre quarti della popolazione mondiale.^[15]
• L’intolleranza congenita al lattosio: una rara condizione autosomica recessiva caratterizzata dall’assenza totale di lattasi fin dalla nascita.^[15]
• Il deficit congenito della saccarasi-isomaltasi: caratterizzato dall’incapacità di digerire il saccarosio e le destrine α-limite.^[16]
• Il deficit congenito di maltasi-glucoamilasi: una condizione estremamente rara di cui sono descritti pochissimi casi in letteratura.^[17]

Quando i deficit delle glicosidasi sono secondari a patologie che danneggiano la mucosa intestinale e le proteine dell’orletto a spazzola, la funzionalità digestiva tende a ripristinarsi gradualmente una volta risolta la causa primaria. Un esempio classico è l’ipolattasia secondaria, causata da danni agli enterociti conseguenti a infezioni intestinali, celiachia (reazione autoimmune al glutine), allergia alle proteine del latte vaccino, morbo di Crohn, consumo eccessivo di alcol, interventi chirurgici, radioterapia o terapie farmacologiche.^[18][19]

Bibliografia

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Domande Frequenti

Cosa distingue i disaccaridi riducenti da quelli non riducenti?

I disaccaridi riducenti (lattosio, maltosio) mantengono un gruppo emiacetalico libero sul carbonio anomerico. I disaccaridi non riducenti (saccarosio, trealosio) impegnano entrambi i carboni anomerici nel legame O-glicosidico, bloccandoli.

Come avviene la digestione intestinale dei disaccaridi alimentari?

La scissione dei disaccaridi avviene sull'orletto a spazzola degli enterociti grazie a glicosidasi specifiche (saccarasi-isomaltasi, maltasi, lattasi, trealasi) che idrolizzano i legami O-glicosidici liberando monosaccaridi assorbibili.

Come si sviluppa il malassorbimento dei disaccaridi nell'ipolattasia primaria?

Il malassorbimento del disaccaride lattosio deriva dal declino fisiologico dell'enzima lattasi dopo lo svezzamento. Il lattosio non idrolizzato giunge al colon, dove subisce fermentazione batterica generando richiamo osmotico di acqua e gas.