TREHALOSE: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2024

Die Trehalose ist ein Disaccharid, das aus zwei Glucose-α-D besteht, die in vielen Insekten, Pilzen und Mikroorganismen vorkommen, aber von Wirbeltieren nicht synthetisiert werden kann. Wie Saccharose ist es ein nicht reduzierendes Disaccharid und kann einfache Kristalle bilden.

Trehalose ist ein Kohlenhydrat mit geringer Süßkraft, das in Wasser sehr gut löslich ist und bei vielen Insekten als Energiequelle und zur Bildung des Chitin-Exoskeletts verwendet wird. Es ist Teil der Zellmembranen verschiedener Insekten und Mikroorganismen, die es synthetisieren.

Haworth-Vertretung für Trehalose (Quelle: Fvasconcellos 18:56, 17. April 2007 (UTC) über Wikimedia Commons)

Es wird in der Lebensmittelindustrie als Stabilisator und Feuchthaltemittel eingesetzt. Es ist in Zuckerrohrsaft als Produkt enthalten, das nach dem Schneiden des Rohrs gebildet wird, und es ist besonders hitzebeständig und gegenüber dem sauren Medium.

Im menschlichen Darm wird Trehalose aufgrund des Enzyms Trehalase (in den Zotten des Dünndarms vorhanden) in Glucose zerlegt, die zusammen mit Natrium absorbiert wird. Das Fehlen von Trehalase führt zu einer Unverträglichkeit gegenüber Pilzen.

Eigenschaften und Struktur

Trehalose wurde erstmals 1832 von Wiggers als unbekannter Zucker in "Mutterkorn des Roggens" (Claviceps purpurea), einem giftigen Pilz, beschrieben.

Später fand Berthelot es in den Kokons eines Käfers namens Larinus Maculata, allgemein Trehala genannt. Daher entsteht dann der Name Trehalose.

Trehalose (α-D-Glucopyranosyl-α-D-Glucopyranosid) ist ein nicht reduzierendes Disaccharid, bei dem zwei D-Glucosereste über anomeren Wasserstoff miteinander verbunden sind. Trehalose ist in Pflanzen, Hefen, Insekten, Pilzen und Bakterien weit verbreitet, kommt jedoch bei Wirbeltieren nicht vor.

Chitin im Exoskelett von Insekten wird aus UDP-N-Acetylglucosamin durch die Wirkung einer Glycosyltransferase namens Chitinsynthetase gebildet. Bei Insekten wird UDP-N-Acetylglucosamin aus Trehalose synthetisiert.

Biosynthese

Es gibt fünf Hauptwege für die Trehalosebiosynthese, von denen drei die häufigsten sind.

Die erste wurde in Hefe beschrieben und beinhaltet die Kondensation von UDP-Glucose und Glucose-6-phosphat durch Glucosyltransferase-Trehalose-6-phosphat-Synthetase, um Trehalose-6-phosphat herzustellen und Phosphorsäureester durch Trehalose-6-phosphat-Phosphatase zu hydrolysieren.

Der zweite Weg wurde zum ersten Mal in der Spezies der Gattung Pimelobacter beschrieben und beinhaltet die Umwandlung von Maltose in Trehalose, eine Reaktion, die durch das Enzym Trehalosesynthetase, eine Transglucosidase, katalysiert wird.

Der dritte Weg wurde in verschiedenen Gattungen von Prokaryoten beschrieben und beinhaltet die Isomerisierung und Hydrolyse des terminalen Maltoserests eines Malto-Oligosaccharids durch die Wirkung einer Reihe von Enzymen zur Herstellung von Trehalose.

Während die meisten Organismen nur einen dieser Wege für die Trehalosebildung nutzen, nutzen Mykobakterien und Corynebakterien alle drei Wege für die Trehalosesynthese.

Trehalose wird durch eine Glucosidhydrolase namens Trehalose hydrolysiert. Während Wirbeltiere keine Trehalose synthetisieren, wird sie beim Verschlucken im Darm gewonnen und durch Trehalose hydrolysiert.

Industriell wird Trehalose enzymatisch aus einem Maisstärkesubstrat mit den Enzymen Malto-Oligosyl-Trehalose-Synthetase und Malto-Oligosyl-Trehalose-Hydroxylase von Arthrobacter Ramosus synthetisiert.

Eigenschaften

Für Trehalose wurden drei grundlegende biologische Funktionen beschrieben.

1- Als Kohlenstoff- und Energiequelle.

2- Als Stressschutz (Dürren, Versalzung des Bodens, Hitze und oxidativer Stress).

3- Als Signal oder regulatorisches Molekül des Pflanzenstoffwechsels.

Im Vergleich zu anderen Zuckern hat Trehalose eine viel größere Fähigkeit, Membranen und Proteine ​​gegen Dehydration zu stabilisieren. Darüber hinaus schützt Trehalose die Zellen vor oxidativem und kalorischem Stress.

Einige Organismen können überleben, selbst wenn sie bis zu 90% ihres Wassergehalts verloren haben, und diese Fähigkeit hängt in vielen Fällen mit der Produktion großer Mengen Trehalose zusammen.

Beispielsweise wandelt der Nematode Aphelenchus avenae unter langsamer Dehydratisierung mehr als 20% seines Trockengewichts in Trehalose um und sein Überleben hängt mit der Synthese dieses Zuckers zusammen.

Die Fähigkeit von Trehalose, als Schutz der Lipiddoppelschicht von Zellmembranen zu wirken, scheint mit seiner einzigartigen Struktur in Beziehung zu stehen, die es den Membranen ermöglicht, Flüssigkeit zu halten. Dies verhindert gegen das Verschmelzen und Trennen der Membranphasen und verhindert daher deren Aufbrechen und Zerfall.

Die strukturelle Konformation von Trehalose vom Muscheltyp (Muschel), die aus zwei einander zugewandten Zuckerringen besteht, ermöglicht den Schutz von Proteinen und die Aktivität vieler Enzyme. Trehalose ist in der Lage, unter Dehydratisierungsbedingungen nichtkristalline glasartige Strukturen zu bilden.

Da Trehalose ein wichtiges, weit verbreitetes Disaccharid ist, ist es auch Teil der Struktur vieler Oligosaccharide, die in Pflanzen und Tieren von Wirbellosen vorhanden sind.

Es ist das Hauptkohlenhydrat in der Hämolymphe von Insekten und wird bei intensiven Aktivitäten wie dem Fliegen schnell verbraucht.

Funktionen in der Branche

In der Lebensmittelindustrie wird es als Stabilisierungs- und Netzmittel verwendet und ist in aromatisierten Milchgetränken, kalten Tees, verarbeiteten Produkten auf Fischbasis oder pulverförmigen Produkten enthalten. Es hat auch Anwendungen in der pharmazeutischen Industrie.

Es wird verwendet, um Tiefkühlkost zu schützen und, da es gegen Temperaturänderungen stabil ist, die dunkle Farbänderung von Getränken zu verhindern. Es wird auch verwendet, um Gerüche zu unterdrücken.

Aufgrund seiner großen Feuchtigkeitskraft und seiner Schutzfunktion für Proteine ​​ist es in vielen Produkten für die Haut- und Haarpflege enthalten.

Industriell wird es auch als Süßungsmittel verwendet, um Zucker in Süßwaren und Backwaren, Schokolade und alkoholischen Getränken zu ersetzen.

Experimentelle biologische Funktionen

Bei Versuchstieren haben einige Studien gezeigt, dass Trehalose ein Gen (Aloxe 3) aktivieren kann, das die Insulinsensitivität verbessert, die Glukose in der Leber senkt und den Fettstoffwechsel erhöht. Diese Forschung scheint in Zukunft vielversprechend für die Behandlung von Fettleibigkeit, Fettleber und Typ-II-Diabetes zu sein.

Andere Arbeiten haben einige Vorteile der Verwendung von Trehalose bei Versuchstieren gezeigt, wie beispielsweise die Erhöhung der Aktivität von Makrophagen, um atheromatöse Plaques zu reduzieren und somit "die Arterien zu reinigen".

Diese Daten sind sehr wichtig, da sie es in Zukunft ermöglichen werden, die Prävention einiger sehr häufiger Herz-Kreislauf-Erkrankungen wirksam zu beeinflussen.

Verweise

1. J. Crowe, L. Crowe & D. Chapman (1984). Erhaltung der Membranen in anhydrobiotischen Organismen: die Rolle der Trehalose. Science, 223 (4637), 701–703.
2. Elbein, A., Pan, Y., Pastuszak, I. & Carroll, D. (2003). Neue Erkenntnisse über Trehalose: ein multifunktionales Molekül. Glycobiology, 13 (4), 17–27.
3. Finch, P. (1999). Kohlenhydrate: Strukturen, Synthesen und Dynamik. London, Großbritannien: Springer-Science + Business Media, BV
4. Stick, R. (2001). Kohlenhydrate. Die süßen Moleküle des Lebens. Akademische Presse.
5. Stick, R. & Williams, S. (2009). Kohlenhydrate: Die essentiellen Moleküle des Lebens (2. Aufl.). Elsevier.