ТРЕХАЛОЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На трехалоза е дизахарид, състояща се от две глюкоза α-D-намерени в много насекоми, гъби и микроорганизми, но това не може да се синтезира от гръбначни животни. Подобно на захарозата, тя е нередуциращ дизахарид и може да образува прости кристали.

Трехалозата е въглехидрат с малка подслаждаща сила, много разтворим във вода и се използва като източник на енергия и за образуване на хитинов екзоскелет при много насекоми. Той е част от клетъчните мембрани на различни насекоми и микроорганизми, които го синтезират.

Представяне на Хауърт за Трехалозе (Източник: Fvasconcellos 18:56, 17 април 2007 (UTC) през Wikimedia Commons)

Използва се в хранително-вкусовата промишленост като стабилизатор и овлажнител. Той присъства в сока от захарна тръстика като продукт, образуван след нарязването на тръстика, и е особено устойчив на нагряване и на киселата среда.

В червата на човека, в резултат на ензима трехалаза (присъстващ във вилите на тънките черва), трехалозата се разгражда до глюкоза, която се абсорбира заедно с натрий. Липсата на трехалаза произвежда непоносимост към гъбите.

Характеристики и структура

Трехалозата е описана за първи път от Уигърс през 1832 г. като неизвестна захар, присъстваща в „ергота на ръж“ (Claviceps purpurea), отровна гъба.

По-късно Бертело го намери в коконите на бръмбар на име Ларинус Макулата, обикновено наричан трехала. Оттам произлиза и името трехалоза.

Трехалозата (α-D-глюкопиранозил α-D-глюкопиранозид) е нередуциращ дизахарид, в който два D-глюкозни остатъка са свързани един към друг чрез аномерен водород. Трехалозата е широко разпространена в растенията, дрождите, насекомите, гъбичките и бактериите, но не се среща в гръбначните животни.

Хитинът в екзоскелета на насекомите се образува от UDP-N-ацетил-глюкозамин под действието на гликозилтрансфераза, наречена хитинова синтетаза. При насекоми UDP-N-ацетил-глюкозамин се синтезира от трехалоза.

Биосинтеза

Има пет основни пътя за биосинтеза на трехалоза, от които три са най-често срещаните.

Първият е описан в дрожди и включва кондензация на UDP-глюкоза и глюкоза 6-фосфат чрез глюкозилтрансфераза трехалоза 6-фосфатна синтетаза, за да се получи трехалоза 6-фосфат и хидролизира естери на фосфорна киселина чрез трехалоза 6-фосфатна фосфатаза.

Вторият път е описан за първи път при вида от рода Pimelobacter и включва превръщането на малтозата в трехалоза, реакция, катализирана от ензима трехалоза синтетаза, трансглукозидаза.

Третият път е описан в различни родове прокариоти и включва изомеризацията и хидролизата на крайния малтозен остатък на малто-олигозахарид чрез действието на серия от ензими за получаване на трехалоза.

Докато повечето организми използват само един от тези пътища за образуване на трехалоза, микобактериите и коринебактериите използват и трите пътя за синтез на трехалоза.

Трехалозата се хидролизира от глюкозидна хидролаза, наречена трехалоза. Докато гръбначните животни не синтезират трехалоза, тя се получава в червата при поглъщане и се хидролизира от трехалоза.

Индустриално, трехалозата се синтезира ензимно от субстрат от царевично нишесте с ензимите малто-олигозил-трехалоза синтетаза и малто-олигозил-трехалоза хидроксилаза, от Arthrobacter Ramosus.

Характеристика

Описани са три основни биологични функции за трехалоза.

1- Като източник на въглерод и енергия.

2- Като защита срещу стрес (суши, засоляване на почвата, топлина и оксидативен стрес).

3- Като сигнал или регулаторна молекула на растителния метаболизъм.

В сравнение с други захари, трехалозата има много по-голяма способност да стабилизира мембраните и протеините срещу дехидратация. Освен това, трехалозата предпазва клетките от оксидативен и калоричен стрес.

Някои организми могат да оцелеят, дори когато са загубили до 90% от съдържанието си във вода и тази способност в много случаи е свързана с производството на големи количества трехалоза.

Например, при бавна дехидратация нематодата Aphelenchus avenae преобразува повече от 20% от сухото си тегло в трехалоза и оцеляването му е свързано със синтеза на тази захар.

Способността на трехалозата да действа като защитник на липидния двуслой на клетъчните мембрани изглежда е свързана с уникалната му структура, която позволява на мембраните да поддържат течност. Това предотвратява сливането и разделянето на мембранните фази и следователно предотвратява тяхното разрушаване и разпадане.

Структурната конформация на мида трехалоза (двучерупчест), образувана от два захарни пръстена един срещу друг, позволява да се защитят протеините и активността на много ензими. Трехалозата е способна да образува некристални стъклени структури при дехидратирани условия.

Като трехалоза е важен широко разпространен дисахарид, той също е част от структурата на много олигозахариди, присъстващи в безгръбначните растения и животни.

Той е основният въглехидрат в хемолимфата на насекомите и бързо се консумира при интензивни дейности като летене.

Функции в индустрията

В хранително-вкусовата промишленост се използва като стабилизиращо и овлажняващо средство, като е възможно да го намерите в ароматизирани млечни напитки, студени чайове, преработени продукти на основата на риба или продукти на прах. Той има приложения и във фармацевтичната индустрия.

Използва се за защита на замразена храна и, като е устойчив на температурни промени, за предотвратяване на тъмната промяна на цвета на напитките. Използва се и за потискане на миризмите.

Поради голямата си хидратираща сила и защитната си функция за протеини, той е включен в много продукти, предназначени за грижа за кожата и косата.

В индустриално отношение се използва и като подсладител за заместване на захар в сладкарски и хлебни, шоколадови и алкохолни напитки.

Експериментални биологични функции

При експериментални животни някои изследвания показват, че трехалозата е в състояние да активира ген (алокс 3), който подобрява чувствителността към инсулин, намалява чернодробната глюкоза и повишава метаболизма на мазнините. Изследването изглежда обещава в бъдеще за лечение на затлъстяване, мастен черен дроб и диабет тип II.

Други творби показват някои ползи от използването на трехалоза при опитни животни, като увеличаване на активността на макрофагите за намаляване на атероматозните плаки и по този начин „почистване на артериите“.

Тези данни са много важни, тъй като в бъдеще ще позволят ефективно да повлияят на превенцията на някои много чести сърдечно-съдови заболявания.

Препратки

1. Crowe, J., Crowe, L., & Chapman, D. (1984). Опазване на мембраните в безводните организми: ролята на трехалозата. Science, 223 (4637), 701–703.
2. Elbein, A., Pan, Y., Pastuszak, I., & Carroll, D. (2003). Нови познания за трехалозата: многофункционална молекула. Гликобиология, 13 (4), 17–27.
3. Финч, П. (1999). Въглехидрати: структури, синтези и динамика. Лондон, Великобритания: Springer-Science + Business Media, BV
4. Stick, R. (2001). Въглехидрати. Сладките молекули на живота. Академична преса.
5. Stick, R., & Williams, S. (2009). Въглехидрати: Основните молекули на живота (2-ро издание). Elsevier.