TREHALOZA: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Trehaloze je disaharid sestavljen iz dveh glukoze α-D-ga najdemo v mnogih žuželke, glive in mikroorganizmi, vendar so jih ni lahko sintetiziramo z vretenčarjih. Tako kot saharoza je tudi onesnaževalni disaharid in lahko tvori preproste kristale.

Trehaloza je ogljikov hidrat z majhno močjo slajenja, zelo topen v vodi in se uporablja kot vir energije in za tvorbo citinovega eksoskeleta pri mnogih žuželkah. Je del celičnih membran različnih žuželk in mikroorganizmov, ki ga sintetizirajo.

Založba Haworth za Trehalose (Vir: Fvasconcellos 18:56, 17. aprila 2007 (UTC) prek Wikimedia Commons)

Uporablja se v prehrambeni industriji kot stabilizator in vlažilec. Prisotna je v soku sladkornega trsa kot proizvod, ki nastane po rezanju trsa, še posebej pa je stabilen pri segrevanju in v kislem mediju.

V človeškem črevesju se kot posledica encima trehalaze (prisotnega v vilih tankega črevesa) razgradi trehaloza na glukozo, ki se absorbira skupaj s natrijem. Odsotnost trehalaze povzroča nestrpnost do gob.

Značilnosti in struktura

Trehalozo je Wiggers prvič opisal leta 1832 kot neznani sladkor, ki je prisoten v "rjavi rži" (Claviceps purpurea), strupeni glivi.

Pozneje jo je Berthelot našel v kokonih hrošča Larinusa Maculata, ki se običajno imenuje trehala. Od tod izvira ime trehalose.

Trehaloza (α-D-glukopiranosil α-D-glukopiranozid) je ne reducirajoči disaharid, v katerem sta dva ostanka D-glukoze povezana, drug z drugim, z anomernim vodikom. Trehaloza je široko razširjena v rastlinah, kvasovkah, žuželkah, glivah in bakterijah, vendar je v vretenčarjih ne najdemo.

Hitin v eksoskeletu žuželk nastaja iz UDP-N-acetil-glukozamina z delovanjem glikoziltransferaze, imenovane hitin sintetaza. Pri žuželkah se iz trehaloze sintetizira UDP-N-acetil-glukozamin.

Biosinteza

Obstaja pet glavnih poti za biosintezo trehaloze, od katerih so tri najpogostejše.

Prva je bila opisana v kvasu in vključuje kondenzacijo UDP-glukoze in glukoznega 6-fosfata z glukoziltransferazo trehalozo 6-fosfat sintetazo, da nastane trehaloza 6-fosfat in hidrolizirajo estri fosforjeve kisline s trehalozno 6-fosfatno fosfatazo.

Druga pot je bila prvič opisana pri vrsti iz rodu Pimelobacter in vključuje pretvorbo maltoze v trehalozo, reakcijo, ki jo katalizira encim trehaloza sintetaza, transglukozidaza.

Tretja pot je bila opisana v različnih rodih prokariotov in vključuje izomerizacijo in hidrolizo terminalnega ostanka maltoze malto-oligosaharida z delovanjem vrste encimov za proizvodnjo trehaloze.

Medtem ko večina organizmov uporablja samo enega od teh poti za tvorbo trehaloze, mikobakterije in korinebakterije uporabljajo vse tri poti za sintezo trehaloze.

Trehalozo hidrolizira glukozida hidrolaza, imenovana trehaloza. Medtem ko vretenčarji ne sintetizirajo trehaloze, se pri zaužitju pridobi v črevesju in hidrolizira s trehalozo.

Industrijsko gledano se trehaloza encimatsko sintetizira iz substrata koruznega škroba z encimoma malto-oligosil-trehaloza sintetaza in malto-oligosil-trehaloza hidroksilazo iz podjetja Arthrobacter Ramosus.

Lastnosti

Za trehalozo so bile opisane tri temeljne biološke funkcije.

1- Kot vir ogljika in energije.

2- Kot zaščita pred stresom (suše, soljenje tal, vročina in oksidativni stres).

3- Kot signalna ali regulacijska molekula rastlinskega metabolizma.

V primerjavi z drugimi sladkorji ima trehaloza veliko večjo sposobnost stabiliziranja membran in beljakovin pred dehidracijo. Poleg tega trehaloza ščiti celice pred oksidativnim in kaloričnim stresom.

Nekateri organizmi lahko preživijo tudi, ko so izgubili do 90% vsebnosti vode, ta sposobnost pa je v mnogih primerih povezana s proizvodnjo velikih količin trehaloze.

Na primer, pri počasni dehidraciji ogorčica Aphelenchus avenae pretvori več kot 20% svoje suhe teže v trehalozo, njegovo preživetje pa je povezano s sintezo tega sladkorja.

Zdi se, da je sposobnost trehaloze, da deluje kot zaščitnik lipidnega dvosloja celičnih membran, povezana z njegovo edinstveno strukturo, ki membranam omogoča, da zadržijo tekočino. To preprečuje zlitje in ločevanje membranskih faz in s tem preprečuje njihovo rupturo in razpad.

Strukturna konformacija trehaloze (školjk), ki jo tvorita dva sladkorna obroča drug proti drugemu, omogoča zaščito beljakovin in delovanje številnih encimov. Trehaloza lahko tvori nekristalne steklene strukture pod pogoji dehidracije.

Trehaloza je pomemben široko porazdeljen disaharid in je tudi del strukture mnogih oligosaharidov, ki so prisotni v nevretenčarjih in rastlinah.

Je glavni ogljikov hidrat v hemolimfi žuželk in se hitro porabi pri intenzivnih dejavnostih, kot je letenje.

Funkcije v industriji

V prehrambeni industriji se uporablja kot stabilizacijsko in vlažilno sredstvo, saj ga je mogoče najti v aromatiziranih mlečnih napitkih, hladnih čajih, predelanih izdelkih na osnovi ribe ali v prahu. Ima tudi aplikacije v farmacevtski industriji.

Uporablja se za zaščito zamrznjene hrane in zaradi stabilnosti pred temperaturnimi spremembami preprečuje temno barvo pijač. Uporablja se tudi za zatiranje vonjav.

Zaradi svoje velike vlažilne moči in zaščitne funkcije za beljakovine je vključen v številne izdelke, namenjene negi kože in las.

Industrijsko se uporablja tudi kot sladilo za nadomeščanje sladkorja v slaščičarnah in pekarnah, čokoladi in alkoholnih pijačah.

Eksperimentalne biološke funkcije

Pri poskusnih živalih so nekatere študije pokazale, da je trehaloza sposobna aktivirati gen (alokse 3), ki izboljša občutljivost na inzulin, zmanjša glukozo v jetrih in poveča presnovo maščob. Zdi se, da ta raziskava v prihodnosti kaže obljubo za zdravljenje debelosti, maščobnih jeter in sladkorne bolezni tipa II.

Druga dela so pokazala nekatere prednosti uporabe trehaloze pri poskusnih živalih, na primer povečanje aktivnosti makrofagov za zmanjšanje ateromatoznih oblog in s tem "čiščenje arterij".

Ti podatki so zelo pomembni, saj bodo v prihodnosti lahko učinkovito vplivali na preprečevanje nekaterih zelo pogostih srčno-žilnih bolezni.

Reference

1. Crowe, J., Crowe, L., & Chapman, D. (1984). Ohranjanje membran v anhidrobiotskih organizmih: vloga trehaloze. Znanost, 223 (4637), 701–703.
2. Elbein, A., Pan, Y., Pastuszak, I., & Carroll, D. (2003). Nova spoznanja o trehalozi: večnamenska molekula. Glikobiologija, 13 (4), 17–27.
3. Finch, P. (1999). Ogljikovi hidrati: strukture, sinteze in dinamika. London, Združeno kraljestvo: Springer-Science + Business Media, BV
4. Stick, R. (2001). Ogljikovi hidrati. Sladki molekuli življenja. Akademski tisk.
5. Stick, R., & Williams, S. (2009). Ogljikovi hidrati: bistvene molekule življenja (2. izd.) Elsevier.