Насколько я могу судить, лактоза и моносахарид галактоза имеют мало биологических применений, кроме лактации млекопитающих. Он нуждался не только в ферментах для своего производства, но и в потомстве, чтобы переваривать ферменты, что позволяет предположить, что он служит какой-то конкретной цели. Тем не менее, интуитивно кажется, что было бы значительно проще просто концентрировать глюкозу из крови или генерировать дисахарид, легко содержащийся в рационе, такой как сахароза, для которой уже существовали пищеварительные ферменты.
Что повлияло на эволюцию лактозы при лактации млекопитающих?
Так получилось, что кто-то только что опубликовал теорию по этому поводу. Чтобы избавить вас от перехода по ссылке, я воспроизвожу аннотацию ниже.
Должен признаться, я никогда не осознавал, что лактоза синтезируется в органеллах секреторного пути (β4-галактозилтрансфераза — это фермент Гольджи, а α-лактальбумин, конечно же, является сывороточным белком, поэтому он находится в пути по этому пути). Это может стать частью ответа на ваш вопрос: имея дисахарид, который вырабатывается в аппарате Гольджи, клетки молочной железы будут эффективно распределять свой метаболизм глюкозы между цитоплазмой и тем, что предназначено для секреции в виде лактозы (транспортируется в аппарат Гольджи). просвет).
Молоко или молозиво млекопитающих содержит до 10% углеводов, из которых свободная лактоза обычно составляет более 80%. Лактоза синтезируется в лактирующих молочных железах из уридиндифосфата галактозы (UDP-Gal) и глюкозы путем трансгалактозилирования, катализируемого комплексом β4-галактозилтрансферазы и α-лактальбумина (α-LA). Считается, что α-LA произошла от лизоцима C-типа. Молоко или молозиво млекопитающих обычно содержит множество олигосахаридов в дополнение к свободной лактозе. Каждый олигосахарид имеет лактозную единицу на восстанавливающем конце; эта единица действует как предшественник, необходимый для его биосинтеза. Обычно считается, что олигосахариды молока действуют как пребиотики, а также как аналоги рецепторов, которые действуют как противоинфекционные факторы. Мы предлагаем следующую гипотезу. Протомолочные выделения примитивных молочных желез общего предка млекопитающих содержали жир и белок, включая лизоцим, но не лактозу и олигосахариды из-за отсутствия α-ЛК. Когда α-LA впервые появилась в результате ее эволюции из лизоцима, ее содержание в лактирующих молочных железах было низким, и поэтому лактоза синтезировалась с низкой скоростью. Из-за присутствия гликозилтрансфераз почти вся образующаяся лактоза использовалась для биосинтеза олигосахаридов. Таким образом, преобладающими сахаридами в протомолочных выделениях или первичном молоке, производимом этим общим предком, были олигосахариды, а не свободная лактоза. После этого начального периода олигосахариды стали служить противоинфекционными факторами. Затем они привлекались в качестве значимого источника энергии для новорожденного, что было достигнуто за счет увеличения синтеза α-ЛК. Это вызвало сопутствующее увеличение концентрации лактозы в молоке, поэтому лактоза стала важным источником энергии для большинства плацентарных, в то время как олигосахариды продолжали служить в основном противомикробными агентами. Лактоза, кроме того, стала действовать как осморегуляторная молекула, контролируя объем молока. Исследования химической структуры олигосахаридов молока различных видов млекопитающих позволяют предположить, что грудное молоко или молозиво уникальны тем, что олигосахариды, содержащие лакто-N-биозу I (LNB) (Gal(β1 → 3)GlcNAc, тип I), преобладают над содержащие N-ацетиллактозамин (Gal(β1 → 4)GlcNAc, тип II), тогда как у других видов обнаруживаются только олигосахариды типа II или же они преобладают над олигосахаридами типа I. Можно предположить, что эта особенность может иметь избирательное преимущество, поскольку она может способствовать росту полезных кишечных бактерий, бифидобактерий, в толстой кишке младенцев.
Алан Бойд