Trehalosa

Trehalosa
Nome IUPAC (2R,3S,4S,5R,6R)-2-(Hidroximetil)-6-[(2R,3R,4S,5S,6R)-3,4, 5-trihidroxi-6-(hidroximetil)oxan-2-il]oxioxano-3,4,5-triol
Outros nomes α,α‐Trehalosa; α-D-glicopiranosil-(1→1)-α-D-glicopiranósido
Identificadores
Número CAS	99-20-7, (anhidro) [6138-23-4] (dihidrato)
PubChem	7427
ChemSpider	7149
UNII	B8WCK70T7I
ChEBI	CHEBI:16551
ChEMBL	CHEMBL1236395
Imaxes 3D Jmol	Image 1
SMILES C([C@@H]1[C@H]([C@@H]([C@H]([C@H](O1)O[C@@H]2[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O2)CO)O)O)O)O)O)O)O
InChI InChI=1S/C12H22O11/c13-1-3-5(15)7(17)9(19)11(21-3)23-12-10(20)8(18)6(16)4(2-14)22-12/h3-20H,1-2H2/t3-,4-,5-,6-,7+,8+,9-,10-,11-,12-/m1/s1 Key: HDTRYLNUVZCQOY-LIZSDCNHSA-N InChI=1/C12H22O11/c13-1-3-5(15)7(17)9(19)11(21-3)23-12-10(20)8(18)6(16)4(2-14)22-12/h3-20H,1-2H2/t3-,4-,5-,6-,7+,8+,9-,10-,11-,12-/m1/s1 Key: HDTRYLNUVZCQOY-LIZSDCNHBN
Propiedades
Fórmula molecular	C12H22O11 (anhídro)
Masa molecular	342,296 g/mol (anhidro) 378,33 g/mol (dihidrato)
Aspecto	Cristais brancos ortorrómbicos
Densidade	1,58 g/cm^3 a 24 °C
Punto de fusión	203 °C (anhidro) 97 °C (dihidrato)
Solubilidade en auga	68,9 g por 100 g a 20 °C[1]
Solubilidade	soluble en etanol, insoluble en dietil éter e benceno[2]
Se non se indica outra cousa, os datos están tomados en condicións estándar de 25 °C e 100 kPa.

Trehalosa.

A trehalosa, tamén chamada tremalosa, é un disacárido natural formado por dúas moléculas de glicosa unidas por enlace O-glicosídico α-1,1. En 1832, H.A.L. Wiggers descubriu este disacárido no cornello do centeo (Claviceps purpurea),^[3] e en 1859 Marcellin Berthelot illouno da trehala manna, unha substancia producida polos gurgullos, e deulle o nome de trehalosa.^[4] Poden sintetizala os fungos, plantas, e animais invertebrados. Está implicada na anhidrobiose, a capacidade das plantas e animais para soportar períodos prolongados de seca. Ten unha gran capacidade de retención de auga, e úsase na preparación de alimentos e cosméticos. O azucre pénsase que forma unha fase de xel cando as células se deshidratan, o cal impide a rotura dos orgánulos internos. Despois, a rehidratación permite que se recomece a actividade celular normal sen que se producisen os danos importantes letais que normalmente acompañan ao ciclo de deshidratación/rehidratación. A trehalosa ten a vantaxe engadida de que é unha substancia antioxidante. A extracción de trahalosa adoitaba a ser un proceso difícil e caro, pero, recentemente, o compañía xaponesa Hayashibara ideou unha tecnoloxía de extracción barata a partir do amidón para a súa produción en masa.^[5] A trehalosa ten moitas aplicacións en diversos eidos industriais.

Propiedades químicas

A trehalosa ou α-D-glicopiranosil-(1→1)-α-D-glicopiranósido é un disacárido formado por dúas glicosas unidas polos seus carbonos anoméricos, onde estaban os grupos aldehido, xa que presenta un enlace glicosídico 1,1^[6], polo que non pode participar na reacción de Mailard. Ao non ter libres os OH de ambos os carbonos anoméricos tampouco é un azucre redutor. Este enlace fai á trehalosa moi resistente á hidrólise ácida, polo que é estable en disolución a altas temperaturas, mesmo en condicións ácidas. O enlace tamén mantén a trehalosa e outros azucres non redutores na forma cíclica, de modo que os seus grupos aldehido ou cetona non se poden unir a residuos de lisina ou arxinina de proteínas para formar glicoproteínas. A trehalosa é degradada rendendo glicosa polo encima trehalase, descuberto por Emil Fischer. A trehalosa ten arredor do 45% do poder adozante da sacarosa. A trehalosa é menos soluble ca a sacarosa, excepto a altas temperaturas (>80 °C). A trehalosa forma cristais romboidais como dihidrato, e ten nese estado un 90% do contido calórico da sacarosa. As formas anhidras da trehalosa rapidamente se rehidratan e forman o dihidrato.

Propiedades biolóxicas

Na natureza a trehalosa pode atoparse en animais, plantas, e microorganismos. Nos animais, a trehalosa é abundante en camaróns e insectos, como saltóns, lagostas, bolboretas, e abellas, nas cales o azucre da súa hemolinfa é a trehalosa. O encima trehalase degrada a molécula para que se poidan utilizar as glicosas que a forman. A trehalosa está presente tamén no líquido de intercambio nutritivo dos avespóns e as súas larvas.

En plantas, detectouse a presenza de trehalosa nas sementes do xirasol, nas pteridófitas Botrychium e Selaginella,^[7] e en algas. Entre os fungos é abundante nalgúns cogomelos como Lentinula edodes, Grifola fondosa, Pholiota nameko, e Auricularia auricula-judae, que poden conter do 1 ao 17% por cento de trehalosa en peso seco (por iso tamén se lle chama azucre de cogomelos).

A trehalosa pode tamén atoparse en microorganismos como os lévedos de panadaría e do viño, e é metabolizada por numerosas bacterias, como Streptococcus mutans, unha bacteria moi común na boca e responsable da placa dental.

Nalgúns invertebrados, como os tardígrados (osos de auga), cando se deshidratan, a glicosa dos seus corpos cambia a trehalosa unha vez que entran nun estado chamado criptobiose, no cal están aparentemente mortos. Pero cando volven a dispoñer de auga, reviven e voltan ao seu estado metabólico normal. Tamén se pensa que a razón pola cal as larvas do insecto quironómido Polypedilum vanderplanki e do crustáceo artemia (mono de mar) poden soportar a deshidratación é que almacenan trehalosa nas súas células.

No reino das plantas a Selaginella, que vive no deserto e zonas montañosas, pode agretarse e secar, pero pode volverse verde de novo e revivir despois dunha chuvia grazas ao seu contido en trehalosa.^[7] Tamén parece ser esa a razón pola que o cogomelo Lentinula edodes seco recupera rapidamente a súa forma cando se molla.

As dúas teorías dominantes sobre como actúa a trehalosa nos organismos que están en estado de criptobiose son a teoría da vitrificación, un estado no que se impide a formación de xeo, ou a teoría do desprazamento da auga, na que a auga é substituída por trehalosa,^[8] aínda que é posible que se se produza unha combinación dos dous fenómenos.　

O encima trehalase, unha glicósido hidrolase, presente no organismo humano pero pouco abundante, rompe a trehalosa e permite que a glicosa que contén sexa absorbida no tracto dixestivo.

Nos insectos a trehalosa é a principal molécula de carbohidrato para o almacenemento de enerxía para o voo. Unha posible razón para isto é que a trehalase dos insectos actuando sobre a trehalosa produce facilmente moléculas de glicosa de dúas en dúas, que se utilizan para satisfacer os rápidos requirimentos de enerxía do voo. Isto ten o dobre de eficiencia ca a hidrólise do amidón, que só libera unha molécula de glicosa, por cada enlace glicosídico roto.

Fontes naturais

Atópase de forma natural en certas plantas, fungos (principalmente lévedos) e tamén na hemolinfa de moitos insectos ou nos fluídos corporais de nematodos, o que explica que se poida atopar en pequenas cantidades en diversos alimentos comercializados tales como o pan, a cervexa e o viño, o mel, diversos cogomelos etc.^[9].

Produción

A trehalosa producíase antes extraéndoa de cultivos de lévedos, pero cando os custos de produción se fixeron prohibitivos, o seu uso limitouse só a certos cosméticos e substancias químicas.

En 1994, Hayashibara, un fabricante xaponés de amidón sacarificado, descubriu un método de produción en masa barata de trehalosa a partir do amidón. O seguinte ano, Hayashibara empezou a produción de trehalosa catalizada por dous encimas, o encima produtor de glucosiltrehalosa, que cambia o extremo terminal redutor do amidón á estrutura da trehalosa, e o encima liberador de trehalosa que separa estas estruturas terminais de trehalosa. Como resultado, pode producirse trehalosa pura en masa moi barata.

Aplicacións

A trehalosa foi aceptada como novo ingrediente alimentario inofensivo polas administracións da Unión Europea e dos Estados Unidos. No mercado europeo está autorizada desde 2001^[10]. Como todos os glícidos está suxeito a unhas determinadas condicións de emprego ^[11] ; e a denominación "trehalosa" debe figurar obrigatoriamente na etiqueta dos alimentos que a conteñen, e debe indicarse que "a trehalosa é unha fonte de glicosa".

A trehalosa ten moitas aplicacións comerciais como ingrediente dos alimentos procesados, como comidas preparadas, confeitaría, pan, pratos de verduras, chacinaría, conxelados, bebidas etc. Este amplo uso débese ás propiedades multifacéticas da trehalosa, como o seu sabor doce suave; as súas propiedades como conservante que preserva a calidade dos tres principais nutrientes (carbohidratos, proteínas, graxas); a súa intensa retención de auga, que preserva a textura dos alimentos, protexéndoos da deshidratación ou conxelamento; e a súa capacidade de suprimir o amargor, sabores fortes, e o cheiro de alimentos crus, carnes, e alimentos empaquetados. Ademais, como é menos soluble e menos doce ca a sacarosa, tamén se utiliza como substituto doutros edulcorantes máis habituais, como a sacarosa ^[6][12].

En investigación tamén se usa a trehalosa como axente estabilizante das proteínas ^[13] É especialmente efectiva combinada con ións fosfato.^[14] A trehalosa tamén se usa en varias formulacións biofarmacéuticas con anticorpos monoclonais: trastuzumab e bevacizumab, comercializados como Herceptin e Avastin, respectivamente, por Genentech, e ranibizumab, comercializado como Lucentis por Genentech e Novartis. As propiedades de preservación de tecidos e proteínas da trehalosa utilízanse nas solucións para a protección de órganos destinados a transplantes ^[15]. Fixéronse diversos estudos das propiedades crioprotectoras da trehalosa en tecidos do páncreas humano e fetos, onde mostrou que pode protexer da conxelación ^[16][17].

A industria cosmética aproveita a capacidade de reter a humidade da trehalosa, para usala como humidificante en diversos artigos de toucador, como aceites de baño ou tónicos capilares.

Outros usos son a fabricación de produtos téxtiles con propiedades desodorizantes, activación de plantas, na fabricación de láminas antibacterianas, e nutrientes para larvas.

Intolerancia

Certas persoas non producen o encima trehalase, que normalmente está presente nos intestinos (e riles) humanos, ou a súa actividade pode verse inhibida. Neses casos, unha mala absorción da trehalosa pode producir síntomas comparables aos producidos pola absorción da lactosa nos individuos intolerantes á lactosa.

Aínda que a trehalosa ten un poder calórico menor ca o da sacarosa, non deixa de ser un azucre, o cal deben telo en conta os diabéticos.

Notas

1. Higashiyama, Takanobu (2002). "Novel functions and applications of trehalose" (PDF). Pure Appl. Chem. 74 (7): 1263–1269. doi:10.1351/pac200274071263. 
2. Lide, David R. (1998). Handbook of Chemistry and Physics (87 ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. pp. 3–534. ISBN 0-8493-0594-2. 
3. Wiggers, H. A. L. (1832). "Untersuchung über das Mutterkorn, Secale cornutum". Annalen der Pharmacie 1 (2): 129–182. doi:10.1002/jlac.18320010202. 
4. Trehala, a meeting point between zoology, botany, chemistry, and biochemistry
5. Cargill, Incorporated (30 May 2011). "Cargill, Hayashibara to Introduce Trehalose Sweetener to the Americas". PR Newswire. Arquivado dende o orixinal o 13 de xullo de 2012. Consultado o 2011-07-31. 
6. T Higashiyama (2002). "Novel functions and applications of trehalose." (PDF). Pure Appl. Chem. (en inglés) 74 (7): 1263–1269. higashiyama-2002. Consultado o 12/09/2008. 
7. Plant Physiology
8. Sola-Penna M, Meyer-Fernandes JR (1998). "Stabilization against thermal inactivation promoted by sugars on enzyme structure and function: why is trehalose more effective than other sugars?". Archives of Biochemistry and Biophysics 360 (1): 10–14. PMID 9826423. doi:10.1006/abbi.1998.0906. 
9. Documento canadense (Informations sur les aliments nouveaux) da Sanidade de Canadá
10. Decisión da Commisión do 25 de setembro de 2001 relativa á autorización da posta no mercado da trehalosa como novo alimento ou ingrediente alimentario, en aplicación do regulamento (CE) 258/97 do Parlamento europeo e do Consello [notificado co numero C(2001) 2687]
11. Nota Arquivado 13 de novembro de 2008 en Wayback Machine. do Syndicat national des producteurs d'additifs et d'ingrédients de la chaîne alimentaire Arquivado 29 de xuño de 2007 en Wayback Machine. relativo á autorización europea de utilización
12. Tsuneyuki Oku & Sadako Nakamura (2002). "Digestion, absorption, fermentation, and metabolism of functional sugar substitutes and their available energy." (PDF). Pure Appl. Chem. (en inglés) 74 (7): 1253–1261. Oku-2002. Consultado o 12/09/2008. 
13. T. Arakawa et al / Advanced Drug Delivery Reviews 46 (2001) 307-326
14. U.S. Patent 6,653,062
15. Borensztein, Pascale (2000). "Le tréhalose : un cryoprotecteur très efficace ?" (PDF). Nouvelles: médecine/sciences (en francés) 16: 1265. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 19 de setembro de 2019. Consultado o 2019-03-20. 
16. Beattie GM, Crowe JH, Lopez AD, Cirulli V, Ricordi C, Hayek A. Trehalose: a cryoprotectant that enhances recovery and preserves function of human pancreatic islets after long-term storage. Diabetes 1997 ; 46 : 519-23.
17. Eroglu A, Russo MJ, Bieganski R, et al. Intracellular trehalose improves the survival of cryopreserved mammalian cells. Nat Biotechnol 2000 ; 18 :163-7.

Véxase tamén

Outros artigos

• Edulcorante
• Criptobiose
• Crioprotector

Ligazóns externas

• Cryopreservation with Sugars
• Novel functions and applications of trehalose
• (en inglés) Carta dos "expertos" en trehalosa
• Tremalose