TREHALÓZA: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Trehalózy je disacharid sa skladá z dvoch glukózy α-D-nájsť v mnohých druhov hmyzu, húb a mikroorganizmov, ale ktoré nemôžu byť syntetizované stavovcov. Rovnako ako sacharóza je to neredukujúci disacharid a môže tvoriť jednoduché kryštály.

Trehalóza je sacharid s malou sladiacou schopnosťou, je veľmi rozpustný vo vode a používa sa ako zdroj energie a pri tvorbe chitínového exoskeletu u mnohých druhov hmyzu. Je súčasťou bunkových membrán rôznych druhov hmyzu a mikroorganizmov, ktoré ich syntetizujú.

Haworthské zastúpenie pre Trehalose (Zdroj: Fvasconcellos 18:56, 17. apríla 2007 (UTC) prostredníctvom Wikimedia Commons)

Používa sa v potravinárskom priemysle ako stabilizátor a zvlhčovač. Je prítomný v šťave z cukrovej trstiny ako produkt vytvorený po odrezaní cukrovej trstiny a je obzvlášť stabilný pri zahrievaní a v kyslom prostredí.

V ľudskom čreve sa v dôsledku enzýmu trehalázy (prítomnej vo vilách tenkého čreva) rozpadá na glukózu, ktorá sa absorbuje spolu so sodíkom. Absencia trehalázy spôsobuje intoleranciu húb.

Charakteristiky a štruktúra

Trehaloza bola prvýkrát opísaná Wiggersom v roku 1832 ako neznámy cukor prítomný v „námeľe raže“ (Claviceps purpurea), jedovatej hube.

Neskôr ho Berthelot našiel v kokónoch chrobáka menom Larinus Maculata, bežne nazývaného trehala. Odtiaľ pochádza názov trehalóza.

Trehalóza (a-D-glukopyranozyl-a-D-glukopyranozid) je neredukujúci disacharid, v ktorom sú dva zvyšky D-glukózy spojené jeden k druhému prostredníctvom anomérneho vodíka. Trehalóza je široko distribuovaná v rastlinách, kvasinkách, hmyze, plesniach a baktériách, ale nenachádza sa na stavovcoch.

Chitín v exoskelete hmyzu sa vytvára z UDP-N-acetylglukozamínu pôsobením glykozyltransferázy nazývanej chitínsyntetáza. U hmyzu sa UDP-N-acetylglukozamín syntetizuje z trehalózy.

biosyntéza

Biosyntéza trehalózy existuje päť hlavných ciest, z ktorých tri sú najbežnejšie.

Prvý z nich bol opísaný v kvasinkách a zahŕňa kondenzáciu UDP-glukózy a glukózy 6-fosfátu glukosyltransferázou trehalózy 6-fosfát syntetázy, za vzniku trehalózy 6-fosfátu a hydrolýzy esterov kyseliny fosforečnej trehalózou 6-fosfát fosfatázou.

Druhá cesta bola popísaná prvýkrát u druhu rodu Pimelobacter a zahŕňa premenu maltózy na trehalózu, čo je reakcia katalyzovaná enzýmom trehalóza syntetáza, transglukozidáza.

Tretia cesta bola opísaná v rôznych rodoch prokaryotov a zahŕňa izomerizáciu a hydrolýzu koncového maltózového zvyšku maltooligosacharidu pôsobením radu enzýmov za vzniku trehalózy.

Zatiaľ čo väčšina organizmov používa iba jednu z týchto ciest na tvorbu trehalózy, mykobaktérie a korynebaktérie používajú všetky tri cesty na syntézu trehalózy.

Trehalóza je hydrolyzovaná glukosidovou hydrolázou nazývanou trehalóza. Zatiaľ čo stavovce nesyntetizujú trehalózu, získava sa v čreve po požití a je hydrolyzovaná trehalózou.

V priemyselnom meradle sa trehalóza syntetizuje enzymaticky zo substrátu kukuričného škrobu s enzýmami malto-oligosyl-trehalóza syntetáza a malto-oligosyl-trehalóza hydroxyláza, od Arthrobacter Ramosus.

Vlastnosti

Pre trehalózu boli opísané tri základné biologické funkcie.

1 - Ako zdroj uhlíka a energie.

2 - Ako prostriedok na ochranu pred stresom (sucho, zasolenie pôdy, tepelný a oxidačný stres).

3 - Ako signál alebo regulačná molekula metabolizmu rastlín.

V porovnaní s inými cukrami má trehalóza oveľa väčšiu schopnosť stabilizovať membrány a proteíny proti dehydratácii. Trehalóza ďalej chráni bunky pred oxidačným a kalorickým stresom.

Niektoré organizmy môžu prežiť, aj keď stratili až 90% obsahu vody, a táto schopnosť je v mnohých prípadoch spojená s výrobou veľkého množstva trehalózy.

Napríklad pri pomalej dehydratácii nematoda Aphelenchus avenae premieňa viac ako 20% svojej suchej hmotnosti na trehalózu a jej prežitie súvisí so syntézou tohto cukru.

Schopnosť trehalózy pôsobiť ako ochranca lipidovej dvojvrstvy bunkových membrán sa zdá byť spojená s jej jedinečnou štruktúrou, ktorá umožňuje membránam udržať tekutinu. To zabraňuje fúzii a separácii membránových fáz, a teda bráni ich prasknutiu a dezintegrácii.

Štruktúrna konformácia trehalózy z mušlí (bivalve) vytvorená dvoma proti sebe umiestnenými cukrovými kruhmi umožňuje chrániť proteíny a aktivitu mnohých enzýmov. Trehalóza je schopná tvoriť nekryštalické sklovité štruktúry za dehydratačných podmienok.

Trehalóza je dôležitým široko distribuovaným disacharidom a je tiež súčasťou štruktúry mnohých oligosacharidov prítomných v rastlinách a živočíchoch bezstavovcov.

Je hlavným uhľohydrátom v hemolymfe hmyzu a rýchlo sa konzumuje pri intenzívnych činnostiach, ako je lietanie.

Funkcie v priemysle

V potravinárskom priemysle sa používa ako stabilizačné a zvlhčovacie činidlo, pretože ho možno nájsť v ochutených mliečnych nápojoch, chladených čajoch, spracovaných výrobkoch z rýb alebo v práškových výrobkoch. Má tiež uplatnenie vo farmaceutickom priemysle.

Používa sa na ochranu mrazených potravín a je stabilný voči zmenám teploty, aby zabránil tmavej zmene farby nápojov. Používa sa tiež na potlačenie zápachu.

Vďaka svojej vynikajúcej hydratačnej sile a ochrannej funkcii bielkovín je súčasťou mnohých výrobkov určených na starostlivosť o pokožku a vlasy.

Priemyselne sa používa aj ako sladidlo ako náhrada cukru v cukrárskych a pekárskych výrobkoch, čokoládových a alkoholických nápojoch.

Experimentálne biologické funkcie

U experimentálnych zvierat niektoré štúdie ukázali, že trehalóza je schopná aktivovať gén (aloxe 3), ktorý zlepšuje citlivosť na inzulín, znižuje glukózu v pečeni a zvyšuje metabolizmus tukov. Zdá sa, že tento výskum v budúcnosti sľubuje liečenie obezity, tukových pečene a cukrovky typu II.

Ďalšie práce preukázali určité výhody z používania trehalózy u pokusných zvierat, ako je zvýšenie aktivity makrofágov na zníženie ateromatických plakov, a teda „čistenie tepien“.

Tieto údaje sú veľmi dôležité, pretože v budúcnosti umožnia účinne ovplyvniť prevenciu niektorých veľmi častých kardiovaskulárnych chorôb.

Referencie

1. Crowe, J., Crowe, L., & Chapman, D. (1984). Ochrana membrán v anhydrobiotických organizmoch: úloha trehalózy. Science, 223 (4637), 701 - 703.
2. Elbein, A., Pan, Y., Pastuszak, I., & Carroll, D. (2003). Nové poznatky o trehalóze: multifunkčná molekula. Glycobiology, 13 (4), 17–27.
3. Finch, P. (1999). Sacharidy: Štruktúry, syntéza a dynamika. Londýn, Spojené kráľovstvo: Springer-Science + Business Media, BV
4. Stick, R. (2001). Sacharidy. Sladké molekuly života. Academic Press.
5. Stick, R., & Williams, S. (2009). Sacharidy: základné molekuly života (2. vydanie). Elsevier.