TREHALOSE: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den trehalose er et disaccharid bestående af to glucose α-D-findes i mange insekter, svampe og mikroorganismer, men som ikke kan syntetiseres af hvirveldyr. Ligesom sucrose er det et ikke-reducerende disaccharid og kan danne enkle krystaller.

Trehalose er et kulhydrat med lidt sødekraft, meget opløseligt i vand og brugt som energikilde og til dannelse af chitin-eksoskelet i mange insekter. Det er en del af cellemembranerne i forskellige insekter og mikroorganismer, der syntetiserer det.

Haworth-repræsentation for Trehalose (Kilde: Fvasconcellos 18:56, 17 april 2007 (UTC) via Wikimedia Commons)

Det bruges i fødevareindustrien som en stabilisator og befugtningsmiddel. Den findes i sukkerrørsaft som et produkt, der er dannet efter at sukkerrøret er skåret, og det er især stabilt over for opvarmning og til syremediet.

Som et resultat af enzymet trehalase (findes i villiet i tyndtarmen) nedbrydes trehalose i den humane tarme til glukose, der absorberes sammen med natrium. Fraværet af trehalase producerer intolerance over for svampe.

Egenskaber og struktur

Trehalose blev først beskrevet af Wiggers i 1832 som et ukendt sukker til stede i "ergot af rug" (Claviceps purpurea), en giftig svamp.

Senere fandt Berthelot det i kokonerne af en bille ved navn Larinus Maculata, ofte kaldet trehala. Derfor stammer navnet trehalose.

Trehalose (α-D-glucopyranosyl α-D-glucopyranosid) er et ikke-reducerende disaccharid, hvor to D-glucoserester er bundet, den ene til den anden, gennem anomer brint. Trehalose er vidt distribueret i planter, gær, insekter, svampe og bakterier, men findes ikke i hvirveldyr.

Chitin i eksoskelettet af insekter dannes af UDP-N-acetyl-glucosamin ved hjælp af en glycosyltransferase kaldet chitinsyntetase. Hos insekter syntetiseres UDP-N-acetyl-glucosamin fra trehalose.

biosyntese

Der er fem hovedveje til trehalose-biosyntese, hvoraf tre er de mest almindelige.

Den første blev beskrevet i gær og involverer kondensation af UDP-glucose og glucose 6-phosphat af glucosyltransferase-trehalose 6-phosphat-synthetase til frembringelse af trehalose 6-phosphat og hydrolysering af phosphorsyreestere med trehalose 6-phosphate phosphatase.

Den anden vej blev beskrevet for første gang i arten af ​​slægten Pimelobacter og involverer omdannelse af maltose til trehalose, en reaktion katalyseret af enzymet trehalosesyntetase, en transglucosidase.

Den tredje rute er blevet beskrevet i forskellige slægter af prokaryoter og involverer isomerisering og hydrolyse af den terminale maltoserest af et malto-oligosaccharid ved virkningen af ​​en række enzymer til fremstilling af trehalose.

Mens de fleste organismer kun bruger en af ​​disse veje til trehalosedannelse, bruger mycobakterier og korynebakterier alle tre veje til trehalosesyntese.

Trehalose hydrolyseres af en glukosidhydrolase kaldet trehalose. Mens hvirveldyrene ikke syntetiserer trehalose, opnås det i tarmen, når det indtages og hydrolyseres af trehalose.

Industrielt syntetiseres trehalose enzymatisk fra et majsstivelsesubstrat med enzymerne malto-oligosyl-trehalosesyntetase og malto-oligosyl-trehalose-hydroxylase fra Arthrobacter Ramosus.

Funktioner

Tre grundlæggende biologiske funktioner er beskrevet for trehalose.

1- Som en kilde til kulstof og energi.

2- Som en stressbeskytter (tørke, saltvand, jord og oxidativ belastning).

3- Som signal eller regulatorisk molekyle for plantemetabolisme.

Sammenlignet med andre sukkerarter har trehalose en meget større evne til at stabilisere membraner og proteiner mod dehydrering. Endvidere beskytter trehalose celler mod oxidativ og kalorisk stress.

Nogle organismer kan overleve, selv når de har mistet op til 90% af deres vandindhold, og denne evne er i mange tilfælde relateret til produktionen af ​​store mængder trehalose.

For eksempel omdanner nematoden Aphelenchus avenae under langsom dehydrering mere end 20% af sin tørvægt til trehalose, og dens overlevelse er relateret til syntesen af ​​dette sukker.

Trehaloses evne til at fungere som en beskytter af lipid-dobbeltlaget i cellemembraner synes at være relateret til dens unikke struktur, som gør det muligt for membranerne at holde væske. Dette forhindrer mod fusion og adskillelse af membranfaserne og forhindrer derfor deres brud og desintegration.

Den strukturelle konformation af trehalose af musling-type (bivalve), dannet af to sukkerringer, der vender mod hinanden, gør det muligt at beskytte proteiner og aktiviteten af ​​mange enzymer. Trehalose er i stand til at danne ikke-krystallinske glasagtige strukturer under dehydratiseringsbetingelser.

Da trehalose er et vigtigt vidt udbredt disaccharid, er det også en del af strukturen af ​​mange oligosaccharider, der er til stede i hvirvelløse planter og dyr.

Det er det vigtigste kulhydrat i hæmolymfen hos insekter og konsumeres hurtigt i intense aktiviteter såsom flyvning.

Funktioner i branchen

I fødevareindustrien bruges det som et stabiliserende og befugtningsmiddel, idet det er muligt at finde det i aromatiserede mejeridrikke, kolde te, forarbejdede fiskbaserede produkter eller pulveriserede produkter. Det har også applikationer i farmaceutisk industri.

Det bruges til at beskytte frosset mad og er stabilt over for temperaturændringer for at forhindre mørk farveændring af drikkevarer. Det bruges også til at undertrykke lugt.

På grund af dens store fugtgivende kraft og dets beskyttende funktion for proteiner er det inkluderet i mange produkter beregnet til hud- og hårpleje.

Industrielt bruges det også som et sødestof til at erstatte sukker i konfekture og bageri, chokolade og alkoholholdige drikkevarer.

Eksperimentelle biologiske funktioner

Hos forsøgsdyr har nogle undersøgelser vist, at trehalose er i stand til at aktivere et gen (aloxe 3), der forbedrer insulinfølsomheden, reducerer leverens glukose og øger fedtstofskiftet. Denne forskning ser ud til at vise løfte om fremtiden for behandling af fedme, fedtlever og type II-diabetes.

Andre værker har vist nogle fordele ved anvendelsen af ​​trehalose i forsøgsdyr, såsom stigningen i aktiviteten af ​​makrofager for at reducere ateromatiske plaques og således "rense arterierne".

Disse data er meget vigtige, da de i fremtiden vil give mulighed for effektivt at påvirke forebyggelsen af ​​nogle meget hyppige hjerte-kar-sygdomme.

Referencer

1. Crowe, J., Crowe, L., & Chapman, D. (1984). Bevaring af membraner i anhydrobiotiske organismer: trehalose. Science, 223 (4637), 701–703.
2. Elbein, A., Pan, Y., Pastuszak, I., & Carroll, D. (2003). Ny indsigt i trehalose: et multifunktionelt molekyle. Glycobiology, 13 (4), 17–27.
3. Finch, P. (1999). Kolhydrater: Strukturer, synteser og dynamik. London, UK: Springer-Science + Business Media, BV
4. Stick, R. (2001). Kulhydrater. Livets søde molekyler. Academic Press.
5. Stick, R., & Williams, S. (2009). Carbohydrates: The Essential Molecules of Life (2. udgave). Elsevier.