Lattosio: struttura chimica, funzioni, digestione e intolleranza

Il lattosio, o zucchero del latte, è un disaccaride riducente composto da una molecola di β-D-galattosio e una di α-D-glucosio unite da un legame glicosidico β-(1→4).[1]

È sintetizzato nella ghiandola mammaria dal complesso della lattosio sintasi (EC 2.4.1.22).[2][3]

Nella dieta degli adulti, rappresenta il 5–10% dei carboidrati alimentari totali e, insieme all’amido e al saccarosio, è uno dei tre più comuni, essendo ampiamente presente nel latte e nei latticini.[4][5]

Nell’intestino tenue, è idrolizzato in glucosio e galattosio in una reazione catalizzata dalla lattasi (EC 3.2.1.108).[6]

Il lattosio fornisce circa il 40% dell’energia consumata dai neonati allattati al seno e funge da fonte di galattosio utilizzato nella biosintesi delle macromolecole glicosilate necessarie per il corretto sviluppo del sistema nervoso centrale.[7]

Viene utilizzato come additivo nell’industria alimentare e farmaceutica.[8][9]

Un’attività insufficiente della lattasi porta all’ipolattasia e al malassorbimento del lattosio, che possono scatenare i sintomi dell’intolleranza al lattosio.[10]

In Sintesi: Punti Chiave

  • Proprietà chimiche: disaccaride riducente composto da una molecola di β-D-galattosio e una di α-D-glucosio in forma piranosica unite da un legame glicosidico β-(1→4), con un potere dolcificante di circa il 16% rispetto al saccarosio.
  • Biosintesi e digestione: sintetizzato nella ghiandola mammaria dal sistema della lattosio sintasi e idrolizzato nell’intestino tenue in glucosio e galattosio ad opera della lattasi.
  • Fonti: naturalmente presente nel latte umano e animale, la sua concentrazione varia in modo inversamente proporzionale alla stagionatura dei latticini.
  • Funzioni biologiche: rappresenta la principale fonte energetica per i lattanti, fornisce galattosio per lo sviluppo neurologico del sistema nervoso centrale e agisce come principale regolatore osmotico del volume del latte.
  • Significato clinico: l’ipolattasia causa il malassorbimento del lattosio, che può manifestarsi con diarrea osmotico-fermentativa, gonfiore e dolore addominale o presentarsi come rara deficienza congenita di lattasi.

Indice

Proprietà chimiche

Come per i disaccaridi saccarosio, maltosio e trealosio, la sua formula molecolare è C12H22O11 e il suo peso molecolare è 342,30 g/mol.
Secondo la nomenclatura IUPAC, il suo nome sistematico è β-D-galattopiranosil-(1→4)-α-D-glucopiranosio.[1]

Il legame glicosidico tra galattosio e glucosio, in forma piranosica, presenta una configurazione β, ovvero il legame proveniente dal carbonio anomerico del galattosio è diretto verso l’alto. Il legame glicosidico β-(1→4) è presente anche nella chitina e nella cellulosa.[9]

Proiezione di Haworth del lattosio: anomeri α e β e interconversione tramite la forma a catena aperta del residuo di glucosio con gruppo aldeidico esposto.
Anomeri del Lattosio

Come i monosaccaridi e, tra i disaccaridi, il maltosio, è uno zucchero riducente, poiché il legame glicosidico β-(1→4) non influisce sul carbonio emiacetale (anomerico) della molecola di glucosio; pertanto, in soluzione, l’anello del glucosio può aprirsi ed esporre un gruppo aldeidico.[11]

È meno solubile rispetto ad altri disaccaridi e ha un potere dolcificante pari a circa il 16% di quello del saccarosio.

Anomeri e mutarotazione

La forma a catena aperta o aciclica del glucosio è termodinamicamente instabile e, in soluzione, è presente solo in tracce, meno dello 0,02%. La reazione di chiusura dell’anello produce due configurazioni cicliche del piranosio che differiscono per l’orientamento spaziale del carbonio emiacetale, note come anomero α e anomero β. In soluzione, queste forme si trasformano continuamente l’una nell’altra fino al raggiungimento di un equilibrio, un fenomeno noto come mutarotazione.

A 20 °C, la configurazione β è la forma anomerica predominante, circa il 63%, sebbene il rapporto di equilibrio vari in funzione della temperatura, con la presenza esclusiva dell’anomero β a temperature superiori a 93,5 °C.[12]

L’anomerismo è un tipo di isomerismo ottico caratteristico dei carboidrati, in cui i monosaccaridi ciclici differiscono solo per la configurazione del carbonio emiacetale o emichetale, noto come centro anomerico.

Biosintesi

Il lattosio viene sintetizzato dalle cellule epiteliali della ghiandola mammaria durante l’allattamento, in una reazione catalizzata dal sistema della lattosio sintasi (EC 2.4.1.22), un eterodimero presente nell’apparato di Golgi e composto dalla β-1,4-galattosiltransferasi 1 (EC 2.4.1.38), una proteina intrinseca della membrana dell’apparato di Golgi, e dall’α-lattoalbumina, in un rapporto 1:1.[3] Questa interazione proteina-proteina è reversibile ed è favorita dai monosaccaridi e dall’UDP-galattosio.[13]

Lattosio sintasi

La lattosio sintasi catalizza una reazione di condensazione tra UDP-galattosio e glucosio, ovvero il trasferimento del galattosio al glucosio per formare un legame glicosidico β-(1→4) tra il C1 del galattosio e l’atomo di ossigeno del gruppo idrossile in posizione 4 del glucosio.
Il glucosio è il precursore principale dei monosaccaridi che costituiscono il lattosio, rappresentando la totalità del glucosio e circa il 70% del galattosio.[2]

La formazione del complesso tra la β-1,4-galattosiltransferasi 1 e l’α-lattoalbumina avviene nel lume dell’apparato di Golgi. L’α-lattoalbumina, una proteina secretoria, è presente durante il suo passaggio attraverso la cellula come componente solubile e transitoria nel lume dell’apparato di Golgi, dove si lega in modo reversibile alla β-1,4-galattosiltransferasi 1. La natura transitoria dell’interazione tra l’α-lattoalbumina e la galattosiltransferasi garantisce un collegamento tra la sintesi delle proteine del latte e la sintesi del lattosio durante l’allattamento.[13]

Il lattosio non è in grado di attraversare la membrana dell’apparato di Golgi e, insieme all’α-lattoalbumina, viene racchiuso nei vacuoli secretori, il cui contenuto viene rilasciato dalla cellula tramite esocitosi.[14]

α-Lattoalbumina

L’α-lattoalbumina è una delle principali proteine del siero di latte ed è cataliticamente inattiva.

La sintesi del lattosio richiede la presenza dell’α-lattoalbumina, la cui trascrizione genica è regolata dalla prolattina, detta anche luteotropina o ormone luteotropico. Dopo il parto, la riduzione dei livelli di progesterone stimola un aumento della sintesi di prolattina, che a sua volta stimola la sintesi dell’α-lattoalbumina nelle cellule epiteliali della ghiandola mammaria e, di conseguenza, la formazione del sistema della lattosio sintasi.

Al contrario, nelle ghiandole mammarie non in fase di allattamento, l’α-lattoalbumina non viene prodotta, il sistema della lattosio sintasi non si forma e il lattosio non viene sintetizzato.[15]

β-1,4-Galattosiltransferasi 1

Nei mammiferi, la β-1,4-galattosiltransferasi 1 fa parte di un gruppo di sette galattosiltransferasi che catalizzano la formazione di legami glicosidici β-(1→4) tra il galattosio e accettori differenti.[13]

È espressa nella maggior parte dei tessuti, dove catalizza l’aggiunta di galattosio al gruppo 4-idrossilico di un residuo terminale non riducente di N-acetil-β-D-glucosamina presente nelle glicoproteine e nei glicolipidi.[15]

La β-1,4-galattosiltransferasi 1 presenta una bassa affinità per il glucosio, con un valore di Km pari a circa 2 mol/L.[14] Durante la gravidanza, l’enzima viene prodotto e immagazzinato nelle cellule epiteliali della ghiandola mammaria. Il legame con l’α-lattoalbumina innesca cambiamenti conformazionali nella regione del sito attivo che ne aumentano l’affinità per il glucosio di circa 1000 volte e quindi riducono il valore di Km per il monosaccaride a circa 2 mmol/L. Ciò consente, a concentrazioni fisiologiche di glucosio, la sintesi preferenziale ed efficiente del lattosio piuttosto che la galattosilazione di altri accettori.[13]

Fonti alimentari

Il lattosio è presente nel latte di quasi tutte le specie di mammiferi, sebbene in quantità diverse. Ad esempio, rappresenta rispettivamente circa il 7,5% e il 4,5% della composizione del latte umano e di quello vaccino.[16] La sua concentrazione durante l’allattamento rimane relativamente stabile.[17]

Nei prodotti lattiero-caseari, il lattosio è presente in quantità variabili, inversamente proporzionali al grado di stagionatura. Prodotti come lo yogurt o la ricotta ne contengono le quantità maggiori, mentre i formaggi a pasta dura ne contengono le quantità minori, spesso vicine allo zero.[5]

È presente in quantità molto elevate in prodotti quali il latte in polvere e il siero di latte in polvere.[8]

Contenuto di lattosio in varie tipologie di latte, latticini e alimenti (per 100 g)
Fonte alimentare Contenuto di lattosio (g)
Latte umano 7,5
Latte vaccino intero 4,8
Latte vaccino parzialmente scremato 4,9
Latte vaccino scremato 4,9
Latte in polvere intero 35,1
Latte in polvere scremato 50,5
Siero di latte in polvere 58–62
Latte di bufala 4,9
Latte di capra 4,2
Yogurt 3,0–4,0
Ricotta di latte vaccino 4,0
Formaggi freschi (es. mozzarella) 1,0–3,0
Emmental e formaggi a pasta semidura 0,1
Parmigiano Reggiano, Grana Padano e formaggi a pasta dura ≈ 0

È presente in molti alimenti trasformati, quali caramelle, cioccolato, cereali per la colazione, prodotti da forno e salumi, dove è utilizzato come additivo alimentare.[5]

Viene inoltre impiegato nell’industria farmaceutica, in concentrazioni dell’ordine dei milligrammi, nella produzione di compresse e inalatori.[8]

Eccezioni evolutive tra i mammiferi

Il lattosio è assente nel latte di alcune specie di mammiferi, come diverse specie della famiglia degli Otariidae, ad esempio l’otaria del Capo (Arctocephalus pusillus pusillus) o il leone marino della California (Zalophus californianus), oppure della famiglia dei Phocidae, come la foca dal cappuccio (Cystophora cristata). Nell’otaria del Capo, la capacità di produrre lattosio è andata persa a causa di mutazioni nel gene dell’α-lattoalbumina che hanno determinato l’assenza della proteina.[18]

Digestione del lattosio

Nell’uomo, e nei mammiferi in generale, la digestione dei carboidrati avviene principalmente nel duodeno e nel digiuno. L’α-amilasi pancreatica e le disaccaridasi dell’orletto a spazzola degli enterociti idrolizzano i polisaccaridi, gli oligosaccaridi e i disaccaridi nei monosaccaridi costituenti, ovvero glucosio, galattosio e fruttosio. Nell’ultima fase avviene l’assorbimento dei monosaccaridi.[6]

Il legame glicosidico β-(1→4) del lattosio viene idrolizzato dalla lattasi o lattasi-florizina idrolasi. In condizioni fisiologiche, la lattasi è presente fin dalla nascita in quanto è fondamentale per la digestione del lattosio.[19] L’enzima presenta due siti attivi:

  • uno con attività β-glucosidasica, in grado di idrolizzare il legame glicosidico β-(1→4);
  • l’altro con attività florizina idrolasica, o β-glucosidasica, in grado di idrolizzare la florizina e i glicosidilceramidi (glicolipidi).

L’attività della lattasi è abbondantemente presente nel medio 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.[20]

Tra le disaccaridasi, è l’ultima a comparire durante la vita fetale, circa 8 settimane dopo il concepimento. Alla 34a settimana di gestazione l’attività della lattasi è pari a circa un terzo di quella rilevata nei neonati a termine, e raggiunge i tre quarti di quella dei neonati a termine tra la 35a e la 38a settimana. In quasi tutti i neonati a termine, la sintesi e l’attività della lattasi sono elevate e rimangono tali per tutti i primi 4 anni di vita.[21]

Tra le idrolasi dell’orletto a spazzola, la lattasi è spesso la prima a essere persa in caso di malattie intestinali, poiché viene espressa in una fase tardiva della differenziazione degli enterociti, nelle cellule vicine alla punta dei villi, e sporge in modo significativo nel lume intestinale.[21]

Funzioni

Il lattosio funge da fonte di energia, fornendo ≈ 40% dell’energia che i neonati ricavano dal latte materno.[22] Il glucosio liberato può entrare nella glicolisi per produrre ATP oppure essere utilizzato per la sintesi di acidi grassi e trigliceridi.

Nel fegato, il galattosio entra nella via di Leloir ed è convertito in glucosio-1-fosfato per la sintesi del glicogeno.[7] Sebbene il glucosio-1-fosfato possa teoricamente entrare nella glicolisi dopo la conversione in glucosio-6-fosfato, in genere solo una piccola percentuale segue questa via.

Nell’infanzia e prima fanciullezza, il galattosio è necessario per sintetizzare macromolecole glicosilate, quali mucoproteine, cerebrosidi e gangliosidi, che costituiscono componenti chiave delle guaine mieliniche dei neuroni. Completata la mielinizzazione e lo sviluppo neurale, il fabbisogno di galattosio diminuisce significativamente; questa ridotta richiesta potrebbe spiegare il declino geneticamente programmato dell’attività della lattasi osservato in molte popolazioni adulte.[7]

Diversi antigeni della membrana eritrocitaria, in particolare nell’ambito del sistema dei gruppi sanguigni ABO, contengono residui di galattosio.

Il lattosio è il principale componente osmotico del latte. Poiché non è in grado di attraversare la membrana dell’apparato di Golgi, agisce come osmolita, attirando acqua negli organelli e nelle cellule epiteliali mammarie, determinando così il volume totale del latte.[13]
Inoltre, l’unione di due monosaccaridi nella molecola di lattosio riduce la pressione osmotica del latte, mantenendolo isotonico rispetto al plasma materno.[9]

Svolge un ruolo nell’assorbimento intestinale dei minerali, specialmente durante i primi anni di vita. Il glucosio e il galattosio vengono assorbiti principalmente tramite SGLT1, un cotrasportatore che accoppia l’assorbimento dei monosaccaridi con il trasporto del sodio, favorendo indirettamente l’assorbimento di acqua e minerali.[23]

Nei processi lattiero-caseari, l’acidificazione del latte deriva dalla fermentazione batterica del lattosio ad acido lattico.

Infine, quando il lattosio non digerito raggiunge il colon, può essere metabolizzato dal microbiota intestinale, fungendo da substrato prebiotico.[4]

Ipolattasia e intolleranza al lattosio

L’ipolattasia, o deficit di lattasi, è la causa principale del malassorbimento dei disaccaridi nell’intestino tenue. Quando il lattosio non digerito raggiunge il colon, viene fermentato anaerobicamente dal microbiota intestinale con produzione di gas quali idrogeno, anidride carbonica e metano, insieme ad acidi grassi a catena corta. Questo processo, combinato con la ritenzione osmotica di acqua all’interno del lume intestinale, scatena i classici sintomi clinici dell’intolleranza al lattosio, tra cui dolore addominale, gonfiore, flatulenza e diarrea.[4][10]

Dal punto di vista eziologico, si riconoscono tre forme principali di deficit enzimatico. L’ipolattasia primaria dell’adulto è la condizione più diffusa, derivante da un calo geneticamente programmato dell’espressione della lattasi dopo lo svezzamento. L’ipolattasia secondaria è uno stato transitorio causato da un danno alla mucosa intestinale dovuto a infezioni, celiachia o disturbi infiammatori. Infine, l’intolleranza congenita al lattosio è un errore metabolico autosomico recessivo estremamente raro, caratterizzato da una completa assenza di attività lattasica fin dalla nascita.[10]

È fondamentale sottolineare che il malassorbimento del lattosio non sempre si manifesta, con sintomi che compaiono solo nel 30–50% degli individui ipolattasici. L’insorgenza dell’intolleranza è modulata da vari parametri fisiologici, tra cui la quantità totale di lattosio ingerito, la velocità di svuotamento gastrico, il tempo di transito intestinale e la composizione individuale del microbiota intestinale.[5][10]

Bibliografia

  1. ^ a b National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary for CID 6134, beta-Lactose. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/beta-Lactose. Accessed 25 July, 2026.
  2. ^ a b Baynes J.W., Dominiczak MH. Medical biochemistry. 5th Edition. Elsevier, 2019.
  3. ^ a b Lin Y., Sun X., Hou X., Qu B., Gao X., Li Q. Effects of glucose on lactose synthesis in mammary epithelial cells from dairy cow. BMC Vet Res 2016;12:81. doi:10.1186/s12917-016-0704-x
  4. ^ a b c Misselwitz B., Butter M., Verbeke K., Fox M.R. Update on lactose malabsorption and intolerance: pathogenesis, diagnosis and clinical management. Gut 2019;68(11):2080-2091. doi:10.1136/gutjnl-2019-318404
  5. ^ a b c d Di Stefano M. Il malassorbimento e l’intolleranza al lattosio. Fisiopatologia, diagnosi e approccio terapeutico. SIMG 2012;5:40-45.
  6. ^ a b Rosenthal M.D., Glew R.H. Medical biochemistry: human metabolism in health and disease. A John Wiley & sons, Inc., Publication, 2009.
  7. ^ a b c Conte F., van Buuringen N., Voermans N.C., Lefeber D.J. Galactose in human metabolism, glycosylation and congenital metabolic diseases: time for a closer look. Biochim Biophys Acta Gen Subj 2021;1865(8):129898. doi:10.1016/j.bbagen.2021.129898
  8. ^ a b c Portnoy M., Barbano D.M. Lactose: use, measurement, and expression of results. J Dairy Sci 2021;104(7):8314-8325. doi:10.3168/jds.2020-18706
  9. ^ a b c Romero-Velarde E., Delgado-Franco D., García-Gutiérrez M., Gurrola-Díaz C., Larrosa-Haro A., Montijo-Barrios E., Muskiet F., Vargas-Guerrero B., Geurts J. The Importance of lactose in the human diet: outcomes of a mexican consensus meeting. Nutrients 2019;11(11):2737. doi:10.3390/nu11112737
  10. ^ a b c d Fassio F., Facioni M.S., Guagnini F. Lactose maldigestion, malabsorption, and intolerance: a comprehensive review with a focus on current management and future perspectives. Nutrients 2018;10(11):1599. doi:10.3390/nu10111599
  11. ^ Nelson D.L., Cox M.M. Lehninger. Principles of biochemistry. 8th Edition. W.H. Freeman and Company, 2021.
  12. ^ Jawad R., Drake A.F., Elleman C., Martin G.P., Warren F.J., Perston B.B., Ellis P.R., Hassoun M.A., Royall P.G. Stability of sugar solutions: a novel study of the epimerization kinetics of lactose in water. Mol Pharm 2014;11(7):2224-38. doi:10.1021/mp400509t
  13. ^ a b c d e Zhang Y., Brew K. Milk proteins | Alpha-Lactalbumin. Editor(s): Roginski H. Encyclopedia of dairy sciences. Elsevier, 2002;1924-1932. doi:10.1016/B0-12-227235-8/00319-9
  14. ^ a b Brew K. Milk proteins | α-Lactalbumin. Editor(s): Fuquay J.W. Encyclopedia of dairy sciences. 2nd Edition. Academic Press, 2011;780-786. doi:10.1016/B978-0-12-374407-4.00432-5
  15. ^ a b Palmer T., Bonner P.L. Monomeric and oligomeric enzymes. Editor(s): Palmer T., Bonner P.L. Enzymes (2nd Edition). Woodhead Publishing. 2011;76-83. doi:10.1533/9780857099921.1.76
  16. ^ Hennet T., Borsig L. Breastfed at Tiffany’s. Trends Biochem Sci 2016;41(6):508-518. doi:10.1016/j.tibs.2016.02.008
  17. ^ Hovey R.C. The marvels of milk and lactation. Editor(s): Skinner M.K. Encyclopedia of reproduction. 2nd Edition. Academic Press, 2018;2:793-797. doi:10.1016/B978-0-12-801238-3.64696-2
  18. ^ Sharp J.A., Lefèvre C., Nicholas K.R. Lack of functional alpha-lactalbumin prevents involution in Cape fur seals and identifies the protein as an apoptotic milk factor in mammary gland involution. BMC Biol 2008;6:48. doi:10.1186/1741-7007-6-48
  19. ^ Zecca L., Mesonero J.E., Stutz A., Poirée J.C., Giudicelli J., Cursio R., Gloor S.M., Semenza G. Intestinal lactase-phlorizin hydrolase (LPH): the two catalytic sites; the role of the pancreas in pro-LPH maturation. FEBS Lett 1998;435(2-3):225-8. doi: 10.1016/s0014-5793(98)01076-x
  20. ^ Troelsen J.T. Adult-type hypolactasia and regulation of lactase expression. Biochim Biophys Acta. 2005;1723(1-3):19-32. doi:10.1016/j.bbagen.2005.02.003
  21. ^ a b Suarez F., Shannon C., Hertzler S., Savaiano D. Food intolerance | Lactose Intolerance. Editor(s): Caballero B. Encyclopedia of food sciences and nutrition. 2nd Edition. Academic Press, 2003;2634-2642. doi:10.1016/B0-12-227055-X/00511-3
  22. ^ Schaafsma G. Lactose and lactose derivatives as bioactive ingredients in human nutrition. Int Dairy J 2008;18:458-465. doi:10.1016/j.idairyj.2007.11.013
  23. ^ Wright E.M., Hirayama B.A., Loo D.F. Active sugar transport in health and disease. J Intern Med 2007;261(1):32-43. doi:10.1111/j.1365-2796.2006.01746.x

Domande Frequenti

Che cos'è la molecola del lattosio dal punto di vista chimico?

Il lattosio è un disaccaride riducente formato da β-D-galattosio e α-D-glucosio uniti da un legame β-1,4-glicosidico. Presenta formula C12H22O11, è idrosolubile e va incontro a mutarotazione tra le due forme anomeriche α e β.

Quali formaggi contengono quantità minime di lattosio?

I formaggi a lunga stagionatura come Parmigiano Reggiano e Grana Padano ne sono quasi privi, poiché la fermentazione dei batteri lattici e la separazione del siero eliminano quasi totalmente il lattosio durante il processo produttivo.

Come viene digerito il lattosio nell'organismo umano?

Viene idrolizzato nell'intestino tenue dall'enzima lattasi (lattasi-florizina idrolasi), situato sull'orletto a spazzola degli enterociti. L'enzima scinde il disaccaride in glucosio e galattosio per consentire l'assorbimento ematico dei due monosaccaridi costituenti.

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