TREHALOSE: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Trehaloza este un dizaharid format din două glucoză α-D-găsite în multe insecte, fungi și microorganisme, dar care nu pot fi sintetizate de vertebrate. Ca și zaharoza, este un dizaharid nereducător și poate forma cristale simple.

Trehalose este un carbohidrat cu putere de îndulcire, foarte solubil în apă și utilizat ca sursă de energie și pentru formarea exoscheletului de chitină la multe insecte. Face parte din membranele celulare ale diferitelor insecte și microorganisme, care o sintetizează.

Reprezentare Haworth pentru Trehalose (Sursa: Fvasconcellos 18:56, 17 aprilie 2007 (UTC) prin Wikimedia Commons)

Este utilizat în industria alimentară ca stabilizator și umectant. Este prezent în sucul de cana de zahăr ca produs format după tăierea trestiei, fiind deosebit de stabil la încălzire și la mediu acid.

În intestinul uman, ca urmare a enzimei trehalaza (prezentă în vilozitățile intestinului subțire), trehaloza este descompusă în glucoză, care este absorbită împreună cu sodiul. Absența trehalazei produce intoleranță la ciuperci.

Caracteristici și structură

Trehalose a fost descris pentru prima dată de Wiggers în 1832 ca un zahăr necunoscut prezent în „ergot of secye” (Claviceps purpurea), o ciupercă otrăvitoare.

Mai târziu, Berthelot a găsit-o în cocorii unui gândac numit Larinus Maculata, numit în mod obișnuit trehala. De aici provine numele trehalose.

Trehaloza (α-D-glucopiranosil α-D-glucopiranosida) este un dizaharid nereductant în care două reziduuri de D-glucoză sunt legate, una cu alta, prin hidrogen anomeric. Trehalosa este distribuită pe scară largă în plante, drojdii, insecte, ciuperci și bacterii, dar nu se găsește la vertebrate.

Chitina din exoscheletul insectelor este formată din UDP-N-acetil-glucozamină prin acțiunea unei glicoziltransferază numită chitină sintaza. În insecte, UDP-N-acetil-glucozamină este sintetizată din trehaloză.

biosinteza

Există cinci căi principale pentru biosinteza de trehaloză, dintre care trei sunt cele mai frecvente.

Primul a fost descris în drojdie și implică condensarea UDP-glucozei și glucozei 6-fosfat de glucosiltransferaza trehaloza 6-fosfatază, pentru a produce trehaloza 6-fosfat și hidroliza esteri de acid fosforic prin trehaloză 6-fosfatazază.

A doua cale a fost descrisă pentru prima dată la speciile din genul Pimelobacter și implică transformarea maltozei în trehaloză, o reacție catalizată de enzima trehaloza sintaza, o transglucozidază.

Cea de-a treia cale a fost descrisă în diferite genuri de procariote și implică izomerizarea și hidroliza reziduului de maltoză final al unei malto-oligozaharide prin acțiunea unei serii de enzime pentru a produce trehaloză.

În timp ce majoritatea organismelor folosesc doar una dintre aceste căi pentru formarea trehalozei, micobacteriile și corynebacteria folosesc toate cele trei căi pentru sinteza de trehaloză.

Trehaloza este hidrolizată de o glucozidă hidrolază numită trehaloză. În timp ce vertebrele nu sintetizează trehaloza, se obține în intestin atunci când este ingerat și este hidrolizat de trehaloză.

În mod industrial, trehaloza este sintetizată enzimatic dintr-un substrat de amidon de porumb cu enzimele malto-oligosil-trehaloza sintaza și hidroxilază malto-oligosil-trehaloză, de la Arthrobacter Ramosus.

Caracteristici

Pentru trehaloza au fost descrise trei funcții biologice fundamentale.

1- Ca sursă de carbon și energie.

2- Ca protector de stres (secetă, salinizarea solului, căldură și stres oxidativ).

3- Ca semnal sau moleculă de reglementare a metabolismului plantelor.

Comparativ cu alte zaharuri, trehaloza are o capacitate mult mai mare de a stabiliza membranele și proteinele împotriva deshidratării. Mai mult, trehalose protejează celulele împotriva stresului oxidativ și caloric.

Unele organisme pot supraviețui chiar și atunci când și-au pierdut până la 90% din conținutul lor de apă și această capacitate, în multe cazuri, este legată de producerea unor cantități mari de trehaloză.

De exemplu, în condiții de deshidratare lentă, nematodul Aphelenchus avenae transformă peste 20% din greutatea sa uscată în trehaloză, iar supraviețuirea sa este legată de sinteza acestui zahăr.

Capacitatea trehalosei de a acționa ca un protector al stratului lipidic al membranelor celulare pare a fi legată de structura sa unică, care permite membranelor să păstreze fluidul. Acest lucru previne fuziunea și separarea fazelor membranei și, prin urmare, previne ruperea și dezintegrarea acestora.

Conformația structurală a trehalozei de tip scoică (bivalve), formată din două inele de zahăr față una de cealaltă, permite protejarea proteinelor și activitatea multor enzime. Trehalose este capabil să formeze structuri sticloase necristaline în condiții de deshidratare.

Trehalose fiind un important dizaharid distribuit pe scară largă, face parte și din structura multor oligozaharide prezente la plante și animale nevertebrate.

Este principalul carbohidrat din hemolimfa insectelor și este consumat rapid în activități intense, cum ar fi zborul.

Funcții în industrie

În industria alimentară este utilizat ca agent de stabilizare și de umectare, fiind posibil să se găsească în băuturi lactate aromate, ceaiuri reci, produse pe bază de pește sau produse sub formă de pudră. De asemenea, are aplicații în industria farmaceutică.

Este utilizat pentru a proteja alimentele congelate și, fiind stabil la schimbările de temperatură, pentru a preveni schimbarea de culoare închisă a băuturilor. De asemenea, este utilizat pentru a suprima mirosurile.

Datorită puterii sale mari de hidratare și funcției sale de protecție pentru proteine, este inclus în multe produse destinate îngrijirii pielii și părului.

Pe plan industrial, este folosit și ca îndulcitor pentru a înlocui zahărul în cofetărie și brutărie, ciocolată și băuturi alcoolice.

Funcții biologice experimentale

La animalele experimentale, unele studii au arătat că trehaloza este capabilă să activeze o genă (aloxe 3) care îmbunătățește sensibilitatea la insulină, reduce glucoza hepatică și crește metabolismul grăsimilor. Această cercetare pare să promită în viitor pentru tratamentul obezității, ficatului gras și diabetului de tip II.

Alte lucrări au arătat câteva beneficii ale utilizării trehalozei la animalele experimentale, precum creșterea activității macrofagelor pentru reducerea plăcilor ateromatoase și, astfel, „curățarea arterelor”.

Aceste date sunt foarte importante, deoarece vor permite, în viitor, să influențeze eficient prevenirea unor boli cardiovasculare foarte frecvente.

Referințe

1. Crowe, J., Crowe, L., și Chapman, D. (1984). Conservarea membranelor din organismele anhidrobiotice: rolul trehalosei. Știință, 223 (4637), 701–703.
2. Elbein, A., Pan, Y., Pastuszak, I., & Carroll, D. (2003). Noi idei despre trehaloză: o moleculă multifuncțională. Glicobiologie, 13 (4), 17–27.
3. Finch, P. (1999). Carbohidrați: structuri, sinteze și dinamică. Londra, Marea Britanie: Springer-Science + Business Media, BV
4. Stick, R. (2001). Hidrati de carbon. Dulcele molecule ale vieții. Presă academică.
5. Stick, R., & Williams, S. (2009). Carbohidrați: Moleculele esențiale ale vieții (ediția a II-a). Elsevier.