stringtranslate.com

Трегалоза

Трегалоза (от турецкого tıgala – сахар, получаемый из коконов насекомых + -ose) [3] – это сахар, состоящий из двух молекул глюкозы . Также известна как микоза или тремалоза . Некоторые бактерии, грибы, растения и беспозвоночные животные синтезируют ее в качестве источника энергии, а также для выживания при замерзании и недостатке воды.

Извлечение трегалозы когда-то было сложным и дорогостоящим процессом, но около 2000 года компания Hayashibara ( Окаяма, Япония ) открыла недорогую технологию извлечения из крахмала. [4] [5] Трегалоза обладает высокой способностью удерживать воду и используется в пищевых продуктах, косметике и в качестве лекарства. Разработанная в 2017 году процедура с использованием трегалозы позволяет хранить сперму при комнатной температуре. [6]

Структура

Трегалоза — это дисахарид, образованный 1,1-гликозидной связью между двумя α-глюкозными единицами. Он встречается в природе как дисахарид , а также как мономер в некоторых полимерах. [7] Существуют два других стереоизомера : α,β-трегалоза, также называемая неотрегалозой , и β,β-трегалоза, также называемая изотрегалозой . Ни один из этих альтернативных изомеров не был выделен из живых организмов, но изотрегалоза была обнаружена в гидроизолятах крахмала. [7]

Синтез

По крайней мере три биологических пути поддерживают биосинтез трегалозы . [7] Промышленный процесс может извлекать трегалозу из кукурузного крахмала . [8]

Характеристики

Химический

Трегалоза — это невосстанавливающий сахар, образованный из двух единиц глюкозы, соединенных 1–1 альфа-связью, что дало ему название α -D - глюкопиранозил- (1→1)-α-D - глюкопиранозид . Связь делает трегалозу очень устойчивой к кислотному гидролизу и, следовательно, стабильной в растворе при высоких температурах, даже в кислых условиях. Связь удерживает невосстанавливающие сахара в форме замкнутого кольца, так что концевые группы альдегида или кетона не связываются с остатками лизина или аргинина белков (процесс, называемый гликированием). Трегалоза менее растворима, чем сахароза , за исключением высоких температур (>80 °C). Трегалоза образует ромбовидный кристалл в виде дигидрата и имеет 90% калорийности сахарозы в этой форме. Безводные формы трегалозы легко восстанавливают влагу, образуя дигидрат . Безводные формы трегалозы могут проявлять интересные физические свойства при термической обработке.

Водные растворы трегалозы демонстрируют тенденцию к кластеризации, зависящую от концентрации. Благодаря своей способности образовывать водородные связи , они самоассоциируются в воде, образуя кластеры различных размеров. Моделирование молекулярной динамики всех атомов показало, что концентрации 1,5–2,2 молярных позволяют молекулярным кластерам трегалозы просачиваться и образовывать большие и непрерывные агрегаты. [9]

Трегалоза напрямую взаимодействует с нуклеиновыми кислотами, способствует плавлению двухцепочечной ДНК и стабилизирует одноцепочечные нуклеиновые кислоты. [10]

Биологический

Организмы, начиная от бактерий, дрожжей, грибов, насекомых, беспозвоночных и низших и высших растений, имеют ферменты, которые могут производить трегалозу. [7] В природе трегалоза может быть обнаружена в растениях и микроорганизмах . У животных трегалоза распространена в креветках, а также в насекомых , включая кузнечиков, саранчу, бабочек и пчел, у которых трегалоза служит в качестве сахара в крови. [ требуется цитата ] Гены трегалазы обнаружены у тихоходок , микроскопических экдизозоев, которые встречаются по всему миру в различных экстремальных условиях. [11]

Трегалоза — это основная молекула углеводного запаса энергии, используемая насекомыми для полета. [ необходима цитата ] Одной из возможных причин этого является то, что гликозидная связь трегалозы, когда на нее воздействует трегалаза насекомого, высвобождает две молекулы глюкозы, которые необходимы для быстрых энергетических потребностей полета. Это вдвое превышает эффективность высвобождения глюкозы из полимера запаса крахмала , для которого расщепление одной гликозидной связи высвобождает только одну молекулу глюкозы. [ необходима цитата ]

В растениях трегалоза встречается в семенах подсолнечника, лунном сорняке , растениях селагинеллы [12] и морских водорослях. Среди грибов она распространена в некоторых грибах, таких как шиитаке ( Lentinula edodes ), устрица , королевская устрица и золотая игла [13] .

Даже в растительном мире селагинелла (иногда называемая воскресающим растением), которая растет в пустынных и горных районах, может потрескаться и высохнуть, но снова станет зеленой и оживет после дождя благодаря функции трегалозы. [12]

Две наиболее распространённые теории о том, как трегалоза действует в организме в состоянии криптобиоза, — это теория витрификации , состояния, которое предотвращает образование льда, или теория вытеснения воды, согласно которой вода заменяется трегалозой. [11] [14]

В клеточной стенке бактерий трегалоза играет структурную роль в адаптивных реакциях на стресс, такой как осмотические различия и экстремальные температуры. [15] Дрожжи используют трегалозу в качестве источника углерода в ответ на абиотические стрессы. [16] У людей единственная известная функция трегалозы — нейропротекторная, которую она выполняет, вызывая аутофагию и тем самым очищая белковые агрегаты . [ требуется ссылка ]

Трегалоза также обладает антибактериальной, противобиопленочной и противовоспалительной активностью ( in vitro и in vivo ) при ее этерификации жирными кислотами с различной длиной цепи. [17]

Питательные и диетические свойства

Трегалоза быстро расщепляется на глюкозу ферментом трегалазой , который присутствует в щеточной каемке слизистой оболочки кишечника всеядных (включая людей) и травоядных. [18] : 135  Она вызывает меньший скачок уровня сахара в крови, чем глюкоза. [19] Трегалоза имеет около 45% сладости сахарозы при концентрации выше 22%, но при снижении концентрации ее сладость уменьшается быстрее, чем у сахарозы, так что 2,3% раствор на вкус в 6,5 раз менее сладкий, чем эквивалентный раствор сахара. [20] : 444 

Его обычно используют в замороженных готовых продуктах, таких как мороженое, поскольку он снижает температуру замерзания продуктов. [19]

Дефицит фермента трегалазы нетипичен для людей, за исключением гренландских инуитов , где он присутствует только у 10–15% населения. [21] : 197 

Метаболизм

Для трегалозы было описано пять путей биосинтеза. Наиболее распространенным путем является путь TPS/TPP, который используется организмами, синтезирующими трегалозу с помощью фермента трегалозо-6-фосфат (T6P)-синтазы (TPS). [22] Во-вторых, трегалозосинтаза (TS) в определенных типах бактерий может производить трегалозу, используя мальтозу и другой дисахарид с двумя единицами глюкозы в качестве субстратов. [23] В-третьих, путь TreY-TreZ в некоторых бактериях преобразует крахмал, содержащий мальтоолигосахарид или гликоген, непосредственно в трегалозу. [24] В-четвертых, у примитивных бактерий трегалозоглицизилтрансферринг-синтаза (TreT) производит трегалозу из АДФ-глюкозы и глюкозы. [25] В-пятых, трегалозофосфорилаза (TreP) либо гидролизует трегалозу в глюкозо-1-фосфат и глюкозу, либо может действовать обратимо у определенных видов. [26] Позвоночные не обладают способностью синтезировать или хранить трегалозу. [27] Трегалаза у людей обнаруживается только в определенных местах, таких как слизистая оболочка кишечника, щеточная каемка почек, печень и кровь. Экспрессия этого фермента у позвоночных первоначально обнаруживается в период беременности, который является самым высоким после отлучения от груди. Затем уровень трегалазы оставался постоянным в кишечнике на протяжении всей жизни. [28] Между тем, диеты, состоящие из растений и грибов, содержат трегалозу. Умеренное количество трегалозы в рационе необходимо, а низкое количество трегалозы может привести к диарее или другим кишечным симптомам. [29]

Медицинское применение

Трегалоза является ингредиентом, наряду с гиалуроновой кислотой , в препарате искусственных слез , используемом для лечения синдрома сухого глаза . [30] [16] Вспышки Clostridioides difficile изначально были связаны с трегалозой, [19] [31] [32] но это открытие было оспорено в 2019 году. [33]

В 2021 году FDA приняло заявку на новый исследуемый препарат (IND) и предоставило статус ускоренного рассмотрения инъекционной форме трегалозы (SLS-005) в качестве потенциального средства лечения спиноцеребеллярной атаксии 3-го типа (SCA3). [34] [35]

История

В 1832 году Х. А. Л. Виггерс открыл трегалозу в спорынье ржи [36] , а в 1859 году Марселлин Бертело выделил ее из Trehala manna , вещества, вырабатываемого долгоносиками , и назвал его трегалозой. [37]

Трегалоза давно известна как индуктор аутофагии , действующий независимо от mTOR . [38] В 2017 году было опубликовано исследование, показывающее, что трегалоза индуцирует аутофагию, активируя TFEB , [39] белок, который действует как главный регулятор пути аутофагия- лизосома . [40]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Хигасияма Т (2002). «Новые функции и применения трегалозы» (PDF) . Pure Appl. Chem . 74 (7): 1263–1269. doi :10.1351/pac200274071263. S2CID  28311022.
  2. ^ Лид, Дэвид Р. (1998). Справочник по химии и физике (87-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 3–534. ISBN 978-0-8493-0594-8.
  3. ^ "Трегалоза | Определение трегалозы по Lexico". Архивировано из оригинала 26 февраля 2022 г.
  4. ^ Cargill, Incorporated (30 мая 2011 г.). «Cargill, Hayashibara представит подсластитель на основе трегалозы в Америке». PR Newswire . Получено 31 июля 2011 г.
  5. ^ "ЯПОНИЯ: Cargill и Hayashibara выведут подсластитель на основе трегалозы на американский рынок". just-food.com. 2000-05-31 . Получено 2 февраля 2013 г.
  6. ^ Патрик, Дженнифер Л.; Эллиотт, Глория Д.; Комиццоли, Пьер (1 ноября 2017 г.). «Структурная целостность и потенциал развития сперматозоидов после сушки с помощью микроволн в модели домашней кошки». Териогенология . 103 : 36–43. doi : 10.1016/j.theriogenology.2017.07.037. PMID  28772113.
  7. ^ abcd Elbein AD, Pan YT, Pastuszak I, Carroll D (апрель 2003 г.). «Новые взгляды на трегалозу: многофункциональная молекула». Glycobiology . 13 (4): 17R–27R. doi : 10.1093/glycob/cwg047 . PMID  12626396.
  8. ^ [ мертвая ссылка ] "Уведомление GRAS для Hayashibara Trehalose" (PDF) . Управление по контролю за продуктами и лекарствами. 3 мая 2000 г.: 10. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  9. ^ Sapir L, Harries D (февраль 2011 г.). «Связь самоассоциации трегалозы с уравнением состояния бинарного водного раствора». Журнал физической химии B. 115 ( 4): 624–34. doi :10.1021/jp109780n. PMID  21186829.
  10. ^ Безрукавников С., Машаги А., ван Вейк Р.Дж., Гу С., Ян Л.Дж., Гао YQ, Танс С.Дж. (октябрь 2014 г.). «Трегалоза облегчает плавление ДНК: исследование оптического пинцета для одной молекулы». Мягкая материя . 10 (37): 7269–77. Бибкод : 2014SMat...10.7269B. дои : 10.1039/C4SM01532K. ПМИД  25096217.
  11. ^ аб Камилари, Мария; Йоргенсен, Аслак; Шиотт, Мортен; Мёбьерг, Надя (24 июля 2019 г.). «Сравнительная транскриптомика предполагает уникальные молекулярные адаптации внутри линий тихоходок». БМК Геномика . 20 (1): 607. doi : 10.1186/s12864-019-5912-x . ISSN  1471-2164. ПМК 6652013 . ПМИД  31340759. 
  12. ^ ab Зентелла Р., Маскорро-Галлардо Дж.О., Ван Дейк П., Фолч-Маллол Дж., Бонини Б., Ван Век С., Гаксиола Р., Коваррубиас А.А., Ньето-Сотело Дж., Тевелейн Дж.М., Итурриага Г. (апрель 1999 г.). «Трегалозо-6-фосфатсинтаза Selaginella lepidophylla дополняет дефекты роста и устойчивости к стрессу у дрожжевого мутанта tps1». Физиология растений . 119 (4): 1473–82. дои : 10.1104/стр.119.4.1473. ПМК 32033 . ПМИД  10198107. 
  13. ^ Reis FS, Barros L, Martins A, Ferreira IC (февраль 2012 г.). «Химический состав и пищевая ценность наиболее широко распространенных культивируемых грибов: сравнительное межвидовое исследование» (PDF) . Пищевая и химическая токсикология . 50 (2): 191–7. doi :10.1016/j.fct.2011.10.056. hdl : 10198/7341 . PMID  22056333. S2CID  23997767.
  14. ^ Sola-Penna M, Meyer-Fernandes JR (декабрь 1998 г.). «Стабилизация против термической инактивации, обеспечиваемая сахарами в структуре и функции фермента: почему трегалоза более эффективна, чем другие сахара?». Архивы биохимии и биофизики . 360 (1): 10–4. doi :10.1006/abbi.1998.0906. PMID  9826423.
  15. ^ Iturriaga, Gabriel; Suárez, Ramón; Nova-Franco, Barbara (2009). «Метаболизм трегалозы: от осмопротектора к сигнализации». International Journal of Molecular Sciences . 10 (9): 3793–3810. doi : 10.3390/ijms10093793 . PMC 2769160. PMID  19865519 . 
  16. ^ ab Pucker AD, Ng SM, Nichols JJ (февраль 2016 г.). «Безрецептурные (OTC) искусственные слезные капли при синдроме сухого глаза». База данных систематических обзоров Cochrane . 2016 (2): CD009729. doi :10.1002/14651858.CD009729.pub2. PMC 5045033. PMID  26905373 . 
  17. ^ Марате, Сандеш Дж.; Шах, Нирали Н.; Сингхал, Рекха С. (2020-01-01). "Ферментативный синтез эфиров жирных кислот трегалозы: оптимизация процесса, характеристика эфиров и оценка их биологической активности". Биоорганическая химия . 94 : 103460. doi : 10.1016/j.bioorg.2019.103460. ISSN  0045-2068. PMID  31791682. S2CID  208610507.
  18. ^ Mathlouthi, M., ред. (1999). Упаковка и сохранение пищевых продуктов. Гейтерсберг, Мэриленд: Aspen Publishers. ISBN 978-0-8342-1349-4. Получено 25 июня 2014 г.
  19. ^ abc Collins F (9 января 2018 г.). «Внесла ли альтернатива столовому сахару вклад в эпидемию C. Diff.?». Блог директора NIH .
  20. ^ О'Брайен-Нэборс, Лин, изд. (2012). Альтернативные подсластители (4-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-1-4398-4614-8. Получено 25 июня 2014 г.
  21. ^ Kohlmeier M (2003). Метаболизм питательных веществ. Burlington: Elsevier. ISBN 978-0-08-053789-4. Получено 25 июня 2014 г.
  22. ^ Cabib, E.; Leloir, LF (1958). «Биосинтез трегалозофосфата». Журнал биологической химии . 231 (1): 259–275. doi : 10.1016/S0021-9258(19)77303-7 . hdl : 11336/135983 . ISSN  0021-9258. PMID  13538966.
  23. ^ Нишимото, Т.; Накано, М.; Накада, Т.; Чаен, Х.; Фукуда, С.; Сугимото, Т.; Куримото, М.; Цудзисака, И. (апрель 1996 г.). «Очистка и свойства нового фермента, трегалозосинтазы, из Pimelobacter sp. R48». Бионаука, биотехнология и биохимия . 60 (4): 640–644. doi : 10.1271/bbb.60.640 . ISSN  0916-8451. PMID  8829531.
  24. ^ Марута, Казухико; Мицузуми, Хитоши; Накада, Тецуя; Кубота, Мичио; Чаен, Хирото; Фукуда, Сигэхару; Сугимото, Тосиюки; Куримото, Масаси (6 декабря 1996 г.). «Клонирование и секвенирование кластера генов, кодирующих новые ферменты биосинтеза трегалозы из термофильной архебактерии Sulfolobus acidocaldarius». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 1291 (3): 177–181. дои : 10.1016/S0304-4165(96)00082-7. ISSN  0304-4165. ПМИД  8980629.
  25. ^ Ку, Цюхао; Ли, Сун-Дже; Боос, Винфрид (2004-11-12). «TreT, новая трегалозогликозилтрансферринг-синтаза гипертермофильного археона Thermococcus litoralis*». Журнал биологической химии . 279 (46): 47890–47897. doi : 10.1074/jbc.M404955200 . ISSN  0021-9258. PMID  15364950.
  26. ^ Жэнь, Юаньюань; Дай, Сююй; Чжоу, Цзянь; Лю, Цзинфан; Пэй, Хуадун; Сян, Хуа (2005-05-01). «Экспрессия генов и молекулярная характеристика термостабильной трегалозофосфорилазы из Thermoanaerobacter tengcongensis». Science in China Series C: Life Sciences . 48 (3): 221–227. doi :10.1007/BF03183615. ISSN  1862-2798. PMID  16092754. S2CID  23443429.
  27. ^ Элбейн, Алан Д. (1974-01-01), Типсон, Р. Стюарт; Хортон, Дерек (ред.), «Метаболизм α,α-трегалозы**Процитированная работа из лаборатории автора была поддержана грантами Фонда Роберта А. Уэлча и Национальных институтов здравоохранения (AI 09402).», Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry , 30 , Academic Press: 227–256, doi :10.1016/S0065-2318(08)60266-8, PMID  4377836 , получено 30 ноября 2021 г.
  28. ^ Галанд, Г. (1989). «Мембранная сахараза-изомальтаза, мальтаза-глюкоамилаза и трегалаза щеточной каймы у млекопитающих. Сравнительное развитие, эффекты глюкокортикоидов, молекулярные механизмы и филогенетические последствия». Сравнительная биохимия и физиология. B, Сравнительная биохимия . 94 (1): 1–11. doi :10.1016/0305-0491(89)90002-3. ISSN  0305-0491. PMID  2513162.
  29. ^ Thevelein, JM (март 1984). «Регулирование мобилизации трегалозы у грибов». Microbiological Reviews . 48 (1): 42–59. doi :10.1128/mr.48.1.42-59.1984. ISSN  0146-0749. PMC 373002 . PMID  6325857. 
  30. ^ Pinto-Bonilla JC, Del Olmo-Jimeno A, Llovet-Osuna F, Hernández-Galilea E (2015). «Рандомизированное перекрестное исследование, сравнивающее глазные капли трегалозы/гиалуроната и стандартное лечение: удовлетворенность пациентов лечением синдрома сухого глаза». Терапия и управление клиническими рисками . 11 : 595–603. doi : 10.2147/TCRM.S77091 . PMC 4403513. PMID  25926736 . 
  31. ^ Ballard JD (январь 2018 г.). «Патогены, усиленные пищевой добавкой». Nature . 553 (7688): 285–286. doi : 10.1038/d41586-017-08775-4 . PMID  29345660.
  32. ^ Collins J, Robinson C, Danhof H, Knetsch CW, van Leeuwen HC, Lawley TD, Auchtung JM, Britton RA (январь 2018 г.). «Диетическая трегалоза усиливает вирулентность эпидемического Clostridium difficile». Nature . 553 (7688): 291–294. Bibcode :2018Natur.553..291C. doi :10.1038/nature25178. PMC 5984069 . PMID  29310122. 
  33. ^ Eyre, David W.; Didelot, Xavier; Buckley, Anthony M.; Freeman, Jane; Moura, Ines B.; Crook, Derrick W.; Peto, Tim EA; Walker, A. Sarah; Wilcox, Mark H.; Dingle, Kate E. (2019). «Варианты метаболизма трегалозы Clostridium difficile распространены и не связаны с неблагоприятными исходами для пациентов, если они вариабельно присутствуют в одной и той же линии». eBioMedicine . 43 : 347–355. doi :10.1016/j.ebiom.2019.04.038. ISSN  2352-3964. PMC 6558026 . PMID  31036529. 
  34. ^ Парк, Брайан (8 ноября 2021 г.). «Трегалоза Fast Tracked при спиноцеребеллярной атаксии». MPR . Получено 14 ноября 2023 г. .
  35. ^ "FDA принимает заявку на новый исследуемый препарат и предоставляет ускоренную регистрацию трегалозы для лечения спиноцеребеллярной атаксии". Practical Neurology . 12 ноября 2021 г. Получено 14 ноября 2023 г.
  36. ^ Виггерс HA (1832). «Untersuruchung über das Mutterkorn, Secale cornutum». Аннален дер Аптека . 1 (2): 129–182. дои : 10.1002/jlac.18320010202.
  37. ^ Тиллекин Ф (июль 2009 г.). «Le Tréhala, une drogue à la croisée des chemins» [Трехала, место встречи зоологии, ботаники, химии и биохимии]. Revue d'Histoire de la Pharmacie (на французском языке). 57 (362): 163–72. дои : 10.3406/pharm.2009.22043. ПМИД  20027793.
  38. ^ Menzies FM, Fleming A, Rubinsztein DC (июнь 2015 г.). «Нарушенная аутофагия и нейродегенеративные заболевания». Nature Reviews. Neuroscience . 16 (6): 345–57. doi :10.1038/nrn3961. PMID  25991442. S2CID  19272817.
  39. ^ Sharma J, di Ronza A, Lotfi P, Sardiello M (июль 2018 г.). «Лизосомы и здоровье мозга». Annual Review of Neuroscience . 41 : 255–276. doi :10.1146/annurev-neuro-080317-061804. PMID  29661037. S2CID  207581692.
  40. ^ Sardiello M (май 2016 г.). «Транскрипционный фактор EB: от главного координатора лизосомальных путей до потенциальной терапевтической мишени при дегенеративных болезнях накопления». Annals of the New York Academy of Sciences . 1371 (1): 3–14. Bibcode : 2016NYASA1371....3S. doi : 10.1111/nyas.13131. PMC 5032832. PMID  27299292 . 

Внешние ссылки