TREHALOZE: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Trehaloze ir disaharīds, kas sastāv no divām glikozes α-D-konstatēts daudzos kukaiņiem, sēnītēm un mikroorganismiem, bet kas nevar tikt sintezēta mugurkaulniekiem. Tāpat kā saharoze, tas nav reducējošs disaharīds un var veidot vienkāršus kristālus.

Trehaloze ir ogļhidrāts ar nelielu saldināšanas spēku, ļoti labi šķīst ūdenī un tiek izmantots kā enerģijas avots un hitīna eksoskeleta veidošanai daudzos kukaiņos. Tā ir dažādu kukaiņu un mikroorganismu šūnu membrānu daļa, kas to sintezē.

Trehalozes Haworth pārstāvniecība (Avots: Fvasconcellos 18:56, 2007. gada 17. aprīlī (UTC) caur Wikimedia Commons)

Pārtikas rūpniecībā to izmanto kā stabilizatoru un mitrinātāju. Tas ir cukurniedru sulā kā produkts, kas veidojas pēc cukurniedru sagriešanas, un tas ir īpaši stabils karsējot un skābā vidē.

Cilvēka zarnā fermenta trehalāzes rezultātā (kas atrodas tievās zarnas kauliņos) trehaloze tiek sadalīta glikozē, kas tiek absorbēta kopā ar nātriju. Trehalāzes neesamība rada sēņu nepanesamību.

Raksturojums un uzbūve

Tregelozi Wiggers pirmo reizi aprakstīja 1832. gadā kā nezināmu cukuru, kas atrodas “rudzu melnajās melnajās rozetēs” (Claviceps purpurea), kas ir indīga sēne.

Vēlāk Bertelots to atrada vaboles kokonos ar nosaukumu Larinus Maculata, ko parasti sauc par trehala. Tātad nosaukums trehaloze ir cēlies.

Trehaloze (α-D-glikopiranozil-α-D-glikopiranozīds) ir nesamazinošs disaharīds, kurā divas D-glikozes atliekas ir saistītas viena ar otru caur anomēru ūdeņradi. Trehaloze ir plaši izplatīta augos, raugos, kukaiņos, sēnēs un baktērijās, bet mugurkaulniekiem tā nav sastopama.

Hitīns kukaiņu eksoskeletā veidojas no UDP-N-acetilglikozamīna, veicot glikoziltransferāzes, ko sauc par hitīna sintetāzi, darbību. Kukaiņos UDP-N-acetil-glikozamīns tiek sintezēts no trehalozes.

Biosintēze

Trehalozes biosintēzei ir pieci galvenie ceļi, no kuriem trīs ir visizplatītākie.

Pirmais tika aprakstīts raugā, un tas ietver UDP-glikozes un glikozes 6-fosfāta kondensāciju ar glikoziltransferāzes trehalozes 6-fosfāta sintetāzi, lai iegūtu trehalozes 6-fosfātu un hidrolizētu fosforskābes esterus ar trehalozes 6-fosfāta fosfatāzes palīdzību.

Otrais ceļš pirmo reizi tika aprakstīts Pimelobacter ģints sugās, un tas ietver maltozes pārveidošanu trehalozē - reakciju, ko katalizē ferments trehalozes sintetāze - transglikozidāze.

Trešais ceļš ir aprakstīts dažādās prokariotu ģintīs, un tas ietver malto-oligosaharīda gala maltozes atlikuma izomerizāciju un hidrolīzi, izmantojot virkni enzīmu, lai iegūtu trehalozi.

Lai gan vairums organismu trehalozes veidošanai izmanto tikai vienu no šiem ceļiem, mikobaktērijas un korinebaktērijas izmanto visus trīs ceļus trehalozes sintēzē.

Trehalozi hidrolizē ar glikozīdu hidrolāzi, ko sauc par trehalozi. Kamēr mugurkaulnieki nesintezē trehalozi, to iegūst zarnās, kad to norij, un to hidrolizē trehaloze.

Rūpnieciski trehaloze tiek fermentatīvi sintezēta no kukurūzas cietes substrāta ar Arthrobacter Ramosus fermentiem malto-oligosil-trehalozes sintetāzi un malto-oligosil-trehalozes hidroksilāzi.

Iespējas

Trehalozei ir aprakstītas trīs pamata bioloģiskās funkcijas.

1- kā oglekļa un enerģijas avots.

2 - kā stresa aizsargs (sausums, augsnes sāļums, karstums un oksidatīvais stress).

3 - kā signāls vai regulējoša molekula augu metabolismā.

Salīdzinot ar citiem cukuriem, trehalozei ir daudz lielāka spēja stabilizēt membrānas un olbaltumvielas pret dehidratāciju. Turklāt trehaloze aizsargā šūnas no oksidatīvā un kaloriju stresa.

Daži organismi var izdzīvot pat tad, ja viņi ir zaudējuši līdz 90% no ūdens satura, un šī spēja daudzos gadījumos ir saistīta ar lielu trehalozes daudzumu.

Piemēram, lēnas dehidratācijas gadījumā nematode Aphelenchus avenae vairāk nekā 20% no sausā svara pārveido trehalozē, un tā izdzīvošana ir saistīta ar šī cukura sintēzi.

Šķiet, ka trehalozes spēja darboties kā šūnu membrānu lipīdu divslāņu aizsargs, ir saistīta ar tā unikālo struktūru, kas membrānām ļauj saglabāt šķidrumu. Tas novērš membrānas fāžu saplūšanu un atdalīšanos, tādējādi novēršot to plīsumu un sadalīšanos.

Simpātiskā tipa trehalozes (gliemenes) strukturālā konformācija, ko veido divi cukura gredzeni, kas vērsti viens pret otru, ļauj aizsargāt olbaltumvielas un daudzu enzīmu aktivitāti. Trehaloze dehidrācijas apstākļos spēj veidot nekristāliskas stiklveida struktūras.

Trehaloze ir svarīgs plaši izplatīts disaharīds, un tā ir arī daudzu oligosaharīdu struktūras sastāvdaļa, kas atrodas bezmugurkaulnieku augos un dzīvniekos.

Tas ir galvenais ogļhidrāts kukaiņu hemolimfā un ātri tiek patērēts intensīvās aktivitātēs, piemēram, lidojot.

Funkcijas nozarē

Pārtikas rūpniecībā to izmanto kā stabilizējošu un mitrinošu līdzekli, to var atrast aromatizētos piena dzērienos, aukstās tējās, pārstrādātos zivju izstrādājumos vai pulverveida produktos. Tam ir arī pielietojums farmācijas nozarē.

To lieto, lai aizsargātu sasaldētu pārtiku un, būdams stabils pret temperatūras izmaiņām, novērstu dzērienu tumšās krāsas maiņu. To lieto arī smaku nomākšanai.

Sakarā ar lielo mitrinošo spēku un proteīniem aizsargājošo funkciju, tas ir iekļauts daudzos produktos, kas paredzēti ādas un matu kopšanai.

Rūpnieciski to izmanto arī kā saldinātāju, lai aizstātu cukuru konditorejas izstrādājumos un maizes izstrādājumos, šokolādē un alkoholiskos dzērienos.

Eksperimentālās bioloģiskās funkcijas

Ar izmēģinājuma dzīvniekiem daži pētījumi ir parādījuši, ka trehaloze spēj aktivizēt gēnu (aloksijs 3), kas uzlabo jutību pret insulīnu, samazina glikozes līmeni aknās un palielina tauku metabolismu. Šis pētījums, šķiet, parāda solījumus nākotnē aptaukošanās, taukaino aknu un II tipa diabēta ārstēšanai.

Citi darbi ir parādījuši dažus trehalozes lietošanas ieguvumus izmēģinājumu dzīvniekiem, piemēram, makrofāgu aktivitātes palielināšanos, lai samazinātu ateromatozes plāksnes un tādējādi "attīrītu artērijas".

Šie dati ir ļoti svarīgi, jo tie nākotnē ļaus efektīvi ietekmēt dažu ļoti biežu sirds un asinsvadu slimību profilaksi.

Atsauces

1. Crowe, J., Crowe, L., & Chapman, D. (1984). Membrānu saglabāšana anhidrobiotiskos organismos: trehalozes loma. Zinātne, 223 (4637), 701–703.
2. Elbeins, A., Pans, Y., Pastuszak, I., & Carroll, D. (2003). Jaunas atziņas par trehalozi: daudzfunkcionāla molekula. Glikobioloģija, 13. (4), 17–27.
3. Finčs, P. (1999). Ogļhidrāti: struktūras, sintēzes un dinamika. Londona, Lielbritānija: Springer-Science + Business Media, BV
4. Stick, R. (2001). Ogļhidrāti. Dzīves saldās molekulas. Akadēmiskā prese.
5. Stick, R., & Williams, S. (2009). Ogļhidrāti: dzīvības galvenās molekulas (2. izd.). Elsevier.