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trehalosa

La trehalosa (del turco tıgala , un azúcar derivado de capullos de insectos + -osa) [3] es un azúcar que consta de dos moléculas de glucosa . También se la conoce como micosa o tremalosa . Algunas bacterias, hongos, plantas y animales invertebrados lo sintetizan como fuente de energía, y para sobrevivir a las heladas y la falta de agua.

La extracción de trehalosa alguna vez fue un proceso difícil y costoso, pero alrededor del año 2000, la empresa Hayashibara ( Okayama, Japón ) descubrió una tecnología de extracción económica a partir de almidón. [4] [5] La trehalosa tiene una alta capacidad de retención de agua y se utiliza en alimentos, cosméticos y como medicamento. Un procedimiento desarrollado en 2017 que utiliza trehalosa permite el almacenamiento de esperma a temperatura ambiente. [6]

Estructura

La trehalosa es un disacárido formado por un enlace 1,1-glucosídico entre dos unidades de α-glucosa. Se encuentra en la naturaleza como disacárido y también como monómero en algunos polímeros. [7] Existen otros dos isómeros, α,β-trehalosa, también conocida como neotrehalosa, y β,β-trehalosa (también conocida como isotrehalosa). La neotrehalosa no ha sido aislada de un organismo vivo. La isotrehalosa aún no se ha aislado de un organismo vivo, pero se encontró en hidroaislados de almidón. [7]

Síntesis

Al menos tres vías biológicas apoyan la biosíntesis de trehalosa . [7] Un proceso industrial puede derivar trehalosa a partir del almidón de maíz . [8]

Propiedades

Químico

La trehalosa es un azúcar no reductor formado a partir de dos unidades de glucosa unidas por un enlace alfa 1-1, lo que le da el nombre de α -D -glucopiranosil-(1→1)-α- D -glucopiranósido. El enlace hace que la trehalosa sea muy resistente a la hidrólisis ácida y, por lo tanto, es estable en solución a altas temperaturas, incluso en condiciones ácidas. El enlace mantiene los azúcares no reductores en forma de anillo cerrado, de modo que los grupos terminales aldehído o cetona no se unen a los residuos de lisina o arginina de las proteínas (un proceso llamado glicación ). La trehalosa es menos soluble que la sacarosa , excepto a altas temperaturas (>80 °C). La trehalosa forma un cristal romboidal como dihidrato y tiene el 90% del contenido calórico de la sacarosa en esa forma. Las formas anhidras de trehalosa recuperan fácilmente la humedad para formar el dihidrato . Las formas anhidras de trehalosa pueden mostrar propiedades físicas interesantes cuando se tratan térmicamente.

Las soluciones acuosas de trehalosa muestran una tendencia a la agrupación dependiente de la concentración. Debido a su capacidad para formar enlaces de hidrógeno , se autoasocian en agua para formar grupos de varios tamaños. Las simulaciones de dinámica molecular de todos los átomos mostraron que concentraciones de 1,5 a 2,2 molares permiten que los grupos moleculares de trehalosa se filtren y formen agregados grandes y continuos. [9]

La trehalosa interactúa directamente con los ácidos nucleicos, facilita la fusión del ADN bicatenario y estabiliza los ácidos nucleicos monocatenarios. [10]

Biológico

Organismos que van desde bacterias, levaduras, hongos, insectos, invertebrados y plantas inferiores y superiores tienen enzimas que pueden producir trehalosa. [7] En la naturaleza, la trehalosa se puede encontrar en plantas y microorganismos . En los animales, la trehalosa prevalece en los camarones y también en los insectos , incluidos los saltamontes, las langostas, las mariposas y las abejas, en los que la trehalosa actúa como azúcar en la sangre. [ cita necesaria ] Los genes trehalasa se encuentran en los tardígrados , los ecdisozoos microscópicos que se encuentran en todo el mundo en diversos ambientes extremos. [11]

La trehalosa es la principal molécula de almacenamiento de energía de carbohidratos utilizada por los insectos para volar. [ cita necesaria ] Una posible razón para esto es que el enlace glicosídico de la trehalosa, cuando actúa sobre él una trehalasa de insecto, libera dos moléculas de glucosa, que se requieren para los rápidos requisitos de energía del vuelo. Esto es el doble de la eficiencia de la liberación de glucosa del almidón polimérico almacenado , por lo que la escisión de un enlace glicosídico libera solo una molécula de glucosa. [ cita necesaria ]

En las plantas, la trehalosa se observa en las semillas de girasol, la hierba lunar , las plantas de Selaginella [12] y las algas marinas. Dentro de los hongos, prevalece en algunas setas, como el shiitake ( Lentinula edodes ), la ostra , la ostra real y la aguja dorada . [13]

Incluso dentro del reino vegetal, la Selaginella (a veces llamada planta de la resurrección), que crece en zonas desérticas y montañosas, puede agrietarse y secarse, pero se vuelve verde nuevamente y revive después de la lluvia debido a la función de la trehalosa. [12]

Las dos teorías predominantes sobre cómo funciona la trehalosa dentro del organismo en el estado de criptobiosis son la teoría de la vitrificación , un estado que previene la formación de hielo, o la teoría del desplazamiento del agua, según la cual el agua es reemplazada por trehalosa. [11] [14]

En la pared celular bacteriana, la trehalosa tiene un papel estructural en las respuestas adaptativas al estrés, como las diferencias osmóticas y la temperatura extrema. [15] La levadura utiliza trehalosa como fuente de carbono en respuesta al estrés abiótico. [16] En humanos, la única función conocida de la trehalosa es su capacidad para activar el inductor de autofagia. [ se necesita aclaración ]

También se ha informado que la trehalosa tiene actividades antibacterianas, antibiopelículas y antiinflamatorias ( in vitro e in vivo ), tras su esterificación con ácidos grasos de diferentes longitudes de cadena. [17]

Propiedades nutricionales y dietéticas.

La trehalosa se descompone rápidamente en glucosa mediante la enzima trehalasa , que está presente en el borde en cepillo de la mucosa intestinal de omnívoros (incluidos los humanos) y herbívoros. [18] : 135  Provoca un aumento menor del azúcar en la sangre que la glucosa. [19] La trehalosa tiene aproximadamente un 45% del dulzor de la sacarosa en concentraciones superiores al 22%, pero cuando se reduce la concentración, su dulzor disminuye más rápidamente que el de la sacarosa, de modo que una solución al 2,3% tiene un sabor 6,5 veces menos dulce que el azúcar equivalente. solución. [20] : 444 

Se usa comúnmente en alimentos preparados congelados, como el helado, porque reduce el punto de congelación de los alimentos. [19]

La deficiencia de la enzima trehalasa es inusual en los seres humanos, excepto en los inuit de Groenlandia , donde ocurre entre el 10 y el 15% de la población. [21] : 197 

Metabolismo

Se han informado cinco vías de biosíntesis para la trehalosa. La vía más común es la vía TPS/TPP, que utilizan los organismos que sintetizan trehalosa utilizando la enzima trehalosa-6-fosfato (T6P) sintasa (TPS). [22] En segundo lugar, la trehalosa sintasa (TS) en ciertos tipos de bacterias podría producir trehalosa utilizando maltosa y otro disacárido con dos unidades de glucosa como sustratos. [23] En tercer lugar, la vía TreY-TreZ en algunas bacterias convierte el almidón que contiene maltooligosacárido o glucógeno directamente en trehalosa. [24] En cuarto lugar, en las bacterias primitivas, la trehalosa glicisiltransferente sintasa (TreT) produce trehalosa a partir de ADP-glucosa y glucosa. [25] En quinto lugar, la trehalosa fosforilasa (TreP) hidroliza la trehalosa en glucosa-1-fosfato y glucosa o puede actuar de manera reversible en ciertas especies. [26] Los vertebrados no tienen la capacidad de sintetizar o almacenar trehalosa. [27] La ​​trehalasa en humanos se encuentra sólo en una ubicación específica, como la mucosa intestinal, el borde en cepillo renal, el hígado y la sangre. La expresión de esta enzima en los vertebrados se encuentra inicialmente durante el período de gestación que es máximo después del destete. Luego, el nivel de trehalasa permaneció constante en el intestino durante toda la vida. [28] Mientras tanto, las dietas que consisten en plantas y hongos contienen trehalosa. Una cantidad moderada de trehalosa en la dieta es esencial y una cantidad baja de trehalosa podría provocar diarrea u otros síntomas intestinales. [29]

Uso medico

La trehalosa es un ingrediente, junto con el ácido hialurónico , de un producto de lágrimas artificiales que se utiliza para tratar el ojo seco . [30] [16] Los brotes de Clostridium difficile se asociaron inicialmente con trehalosa, [19] [31] [32] . Esta conclusión fue cuestionada en 2019. [33]

En 2021, la FDA aceptó una solicitud de nuevo medicamento en investigación (IND) y otorgó el estatus de vía rápida para una forma inyectable de trehalosa (SLS-005) como tratamiento potencial para la ataxia espinocerebelosa tipo 3 (SCA3). [34] [35]

Historia

En 1832, HAL Wiggers descubrió la trehalosa en un cornezuelo del centeno, [36] y en 1859 Marcelino Berthelot la aisló de Trehala manna , una sustancia producida por los gorgojos y la llamó trehalosa. [37]

La trehalosa se conoce desde hace mucho tiempo como un inductor de autofagia que actúa independientemente de mTOR . [38] En 2017, se publicó una investigación que muestra que la trehalosa induce la autofagia activando TFEB , [39] una proteína que actúa como un regulador maestro de la vía de la autofagia- lisosoma . [40]

Ver también

Referencias

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