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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