TREHALOS: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den trehalos är en disackarid som består av två glukos α-D-finns i många insekter, svampar och mikroorganismer, men som inte kan syntetiseras av vertebrater. Liksom sackaros är det en icke-reducerande disackarid och kan bilda enkla kristaller.

Trehalos är ett kolhydrat med lite sötningskraft, mycket lösligt i vatten och används som energikälla och för bildning av chitin exoskelet hos många insekter. Det är en del av cellmembranen hos olika insekter och mikroorganismer som syntetiserar det.

Haworth-representation för Trehalose (Källa: Fvasconcellos 18:56, 17 april 2007 (UTC) via Wikimedia Commons)

Det används i livsmedelsindustrin som stabilisator och fuktighetsbevarande medel. Den finns i sockerrörssaft som en produkt som bildas efter att sockerröret har klippts, och det är särskilt stabilt för uppvärmning och till syremediet.

I den mänskliga tarmen, som ett resultat av enzymet trehalas (närvarande i villierna i tunntarmen), bryts trehalos ner till glukos, som absorberas tillsammans med natrium. Frånvaron av trehalas ger intolerans mot svamp.

Egenskaper och struktur

Trehalose beskrevs först av Wiggers 1832 som ett okänt socker närvarande i "ergot av råg" (Claviceps purpurea), en giftig svamp.

Senare hittade Berthelot det i kokongerna i en skalbagge vid namn Larinus Maculata, ofta kallat trehala. Därför kommer namnet trehalos.

Trehalos (a-D-glukopyranosyl-a-D-glukopyranosid) är en icke-reducerande disackarid i vilken två D-glukosrester är kopplade, en till en annan, genom anomer väte. Trehalos är utbredd i växter, jäst, insekter, svampar och bakterier, men finns inte i ryggradsdjur.

Chitin i exoskeletten hos insekter bildas av UDP-N-acetyl-glukosamin genom verkan av ett glykosyltransferas som kallas kitinsyntetas. Hos insekter syntetiseras UDP-N-acetyl-glukosamin från trehalos.

Biosyntes

Det finns fem huvudvägar för trehalosbiosyntes, varav tre är de vanligaste.

Den första beskrivs i jäst och involverar kondensation av UDP-glukos och glukos 6-fosfat med glukosyltransferas-trehalos 6-fosfat-syntetas, för att producera trehalos 6-fosfat och hydrolysera fosforsyraestrar med trehalos 6-fosfatfosfatas.

Den andra vägen beskrevs för första gången i arten av släktet Pimelobacter och involverar omvandlingen av maltos till trehalos, en reaktion katalyserad av enzymet trehalosesyntetas, ett transglukosidas.

Den tredje vägen har beskrivits i olika släkter av prokaryoter och involverar isomerisering och hydrolys av den terminala maltosresten av en malto-oligosackarid genom verkan av en serie enzymer för att producera trehalos.

Medan de flesta organismer endast använder en av dessa vägar för trehalosbildning, använder mykobakterier och korynebakterier alla tre vägarna för trehalossyntes.

Trehalos hydrolyseras av ett glukosidhydrolas som kallas trehalos. Medan ryggradsdjur inte syntetiserar trehalos, erhålls det i tarmen vid intag och hydrolyseras av trehalos.

Industriellt syntetiseras trehalos enzymatiskt från ett majsstärkelsessubstrat med enzymerna malto-oligosyl-trehalosesyntetas och malto-oligosyl-trehaloshydroxylas från Arthrobacter Ramosus.

Funktioner

Tre grundläggande biologiska funktioner har beskrivits för trehalos.

1- Som en källa till kol och energi.

2- Som spänningsskydd (torka, markförsaltning, värme och oxidativ stress).

3- Som signal eller regulatorisk molekyl för växtmetabolism.

Jämfört med andra sockerarter har trehalos en mycket större förmåga att stabilisera membran och proteiner mot dehydrering. Dessutom skyddar trehalos celler mot oxidativ och kalorisk stress.

Vissa organismer kan överleva även när de har tappat upp till 90% av sitt vatteninnehåll och denna förmåga är i många fall relaterad till produktion av stora mängder trehalos.

Till exempel, vid långsam uttorkning omvandlar nematoden Aphelenchus avenae mer än 20% av dess torra vikt till trehalos och dess överlevnad är relaterad till syntesen av detta socker.

Trehalos förmåga att fungera som ett skydd för cellmembranens lipiddubbskikt verkar vara relaterat till dess unika struktur, vilket gör att membranen kan hålla vätska. Detta förhindrar fusion och separering av membranfaserna och förhindrar därför deras brott och sönderfall.

Den strukturella konformationen av clam trehalose (toskall), bildad av två sockerringar som vetter mot varandra, gör det möjligt att skydda proteiner och aktiviteten hos många enzymer. Trehalos kan bilda icke-kristallina glasartade strukturer under dehydratiseringsbetingelser.

Eftersom trehalos är en viktig distribuerad disackarid är den också en del av strukturen hos många oligosackarider som finns i ryggradslösa växter och djur.

Det är det viktigaste kolhydratet i hemolymfen hos insekter och konsumeras snabbt vid intensiva aktiviteter som flygning.

Funktioner i branschen

I livsmedelsindustrin används det som ett stabiliserings- och vätmedel, vilket är möjligt att hitta det i smaksatta mjölkdrycker, kalla te, bearbetade fiskbaserade produkter eller pulverprodukter. Det har också applikationer inom läkemedelsindustrin.

Det används för att skydda frysta livsmedel och för att förhindra den mörka färgförändringen av drycker, eftersom den är stabil mot temperaturförändringar. Det används också för att undertrycka lukt.

På grund av dess stora fuktgivande kraft och dess skyddande funktion för proteiner ingår den i många produkter avsedda för hud- och hårvård.

Industriellt används det också som sötningsmedel för att ersätta socker i konfektyr och bageri, choklad och alkoholhaltiga drycker.

Experimentella biologiska funktioner

Hos försöksdjur har vissa studier visat att trehalos kan aktivera en gen (aloxe 3) som förbättrar insulinkänsligheten, minskar glukos i lever och ökar fettmetabolismen. Denna forskning verkar visa ett löfte i framtiden för behandling av fetma, fet lever och typ II-diabetes.

Andra verk har visat vissa fördelar med att använda trehalos i försöksdjur, som att öka aktiviteten hos makrofager för att minska ateromatiska plack och därmed "rengöra artärerna".

Dessa uppgifter är mycket viktiga, eftersom de i framtiden kommer att möjliggöra att påverka förebyggandet av några mycket frekventa hjärt-kärlsjukdomar.

referenser

1. Crowe, J., Crowe, L., & Chapman, D. (1984). Bevarande av membran i anhydrobiotiska organismer: trehalosens roll. Science, 223 (4637), 701–703.
2. Elbein, A., Pan, Y., Pastuszak, I., & Carroll, D. (2003). Ny insikt om trehalos: en multifunktionell molekyl. Glycobiology, 13 (4), 17–27.
3. Finch, P. (1999). Kolhydrater: Strukturer, synteser och dynamik. London, Storbritannien: Springer-Science + Business Media, BV
4. Stick, R. (2001). Kolhydrater. Livets söta molekyler. Academic Press.
5. Stick, R., & Williams, S. (2009). Kolhydrater: Livets essentiella molekyler (2: a upplagan). Elsevier.