Trehalosa: características, estructura, funciones
La trehalosa es un disacárido formado por dos α-D-glucosas que se encuentra en muchos insectos, hongos y microorganismos, pero que no puede ser sintetizado por los vertebrados. Al igual que la sacarosa, es un disacárido no reductor y que puede formar cristales simples.
La trehalosa es un carbohidrato con poco poder edulcorante, muy soluble en agua y utilizado como fuente de energía y para la formación del exoesqueleto de quitina en muchos insectos. Forma parte de las membranas celulares de varios insectos y microorganismos, quienes la sintetizan.
Es utilizada en la industria de los alimentos como estabilizante y humectante. Está presente en el jugo de caña de azúcar como producto formado después del corte de la caña, y es particularmente estable al calentamiento y al medio ácido.
En el intestino humano, por efecto de la enzima trehalasa (presente en las vellosidades del intestino delgado), la trehalosa se descompone en glucosa, la cual se absorbe junto con el sodio. La ausencia de trehalasa produce intolerancia a los champiñones.
Índice del artículo
La trehalosa fue descrita por primera vez por Wiggers en 1832 como un azúcar desconocido presente en el “cornezuelo del centeno” (Claviceps purpurea), un hongo venenoso.
Posteriormente, Berthelot la encontró en los capullos de un escarabajo denominado Larinus Maculata, comúnmente llamado trehala. De allí se origina entonces el nombre de trehalosa.
La trehalosa (α-D-glucopyranosyl α-D-glucopyranoside) es un disacárido no reductor en el que dos residuos de D-glucosas se unen, uno con otro, a través de un hidrógeno anomérico. La trehalosa está ampliamente distribuida en plantas, levaduras, insectos, hongos y bacterias, pero no se encuentra en los vertebrados.
La quitina del exoesqueleto de los insectos se forma a partir de UDP-N-acetil-glucosamina por la acción de una glicosiltransferasa denominada quitina sintetasa. En los insectos, la UDP-N-acetil-glucosamina se sintetiza a partir de la trehalosa.
Existen cinco vías principales para la biosíntesis de la trehalosa, de las cuales tres son las más comunes.
La primera fue descrita en levaduras e involucra la condensación de UDP-glucosa y glucosa 6-fosfato por la glucosiltransferasa trehalosa 6-fosfato sintetasa, para producir trehalosa 6-fosfato e hidrolizar los ésteres de ácido fosfórico por la trehalosa 6-fosfato fosfatasa.
La segunda vía fue descrita por primera vez en las especies del género Pimelobacter e implica la transformación de la maltosa en trehalosa, reacción catalizada por la enzima trehalosa sintetasa, una transglucosidasa.
La tercera ruta se ha descrito en distintos géneros de procariotas, e implica la isomerización e hidrólisis del residuo terminal de maltosa de un malto-oligosacárido por la acción de una serie de enzimas para producir trehalosa.
Mientras la mayor parte de los organismos solo utilizan una de estas vías para la formación de trehalosa, las micobacterias y corinebacterias utilizan las tres vías para la síntesis de trehalosa.
La trehalosa es hidrolizada por un glucósido hidrolasa llamada trehalasa. Mientras los vertebrados no sintetizan trehalosa, esta se consigue en el intestino al ser ingerida y es hidrolizada por la trehalasa.
Industrialmente, la trehalosa se sintetiza enzimáticamente a partir de un sustrato de almidón de maíz con las enzimas malto-oligosil-trehalosa sintetasa y la malto-oligosil-trehalosa hidroxilasa, provenientes del Arthrobacter Ramosus.
Se han descrito tres funciones biológicas fundamentales para la trehalosa.
1- Como fuente de carbono y de energía.
2- Como protector del estrés (sequías, salinización de suelos, calor y estrés oxidativo).
3- Como una molécula señal o reguladora del metabolismo de las plantas.
Comparado con otros azúcares, la trehalosa tiene una habilidad mucho mayor para estabilizar las membranas y proteínas en contra de la deshidratación. Además, la trehalosa protege a las células contra el estrés oxidativo y calórico.
Algunos organismos pueden sobrevivir incluso cuando han perdido hasta el 90% de su contenido de agua y esta habilidad, en muchos casos, está relacionada con la producción de grandes cantidades de trehalosa.
Por ejemplo, bajo una deshidratación lenta, el nematodo Aphelenchus avenae convierte más del 20% de su peso seco en trehalosa y su supervivencia está relacionada con la síntesis de este azúcar.
La habilidad de la trehalosa para actuar como protector de la bicapa lipídica de las membranas celulares parece estar relacionada con su estructura única, la cual permite mantener fluidas a las membranas. Esto previene contra la fusión y la separación de las fases membranales y, por ende, evita su ruptura y desintegración.
La conformación estructural de la trehalosa tipo almeja (bivalvo), formada por dos anillos de azúcar enfrentados uno con el otro, permite proteger a las proteínas y la actividad de muchas enzimas. La trehalosa es capaz de formar estructuras vítreas no cristalinas en condiciones de deshidratación.
Siendo la trehalosa un importante disacárido ampliamente distribuido, también forma parte de la estructura de muchos oligosacáridos presentes en plantas y animales invertebrados.
Es el principal carbohidrato de la hemolinfa de los insectos y se consume rápidamente en las actividades intensas como el vuelo.
En la industria alimentaria es utilizada como agente estabilizante y humectante, siendo posible encontrarla en las bebidas lácteas saborizadas, tés fríos, productos procesados a base de pescado o productos en polvo. También tiene aplicaciones en la industria farmacéutica.
Se utiliza para proteger los alimentos congelados y, al ser estable a los cambios de temperatura, para evitar el cambio de color oscuro de las bebidas. También se utiliza para suprimir olores.
Por su gran poder humectante y su función protectora para las proteínas, se incluye en muchos productos destinados al cuidado de la piel y el cabello.
Industrialmente también se usa como edulcorante en sustitución del azúcar en dulcerías y panificadoras, chocolatería y bebidas alcohólicas.
En animales experimentales, algunos estudios han demostrado que la trehalosa es capaz de activar un gen (aloxe 3) que mejora la sensibilidad a la insulina, reduce la glucosa hepática y aumenta el metabolismo de las grasas. Estas investigaciones parecen ser prometedoras en el futuro para el tratamiento de la obesidad, el hígado graso y la diabetes tipo II.
Otros trabajos han mostrado algunos beneficios de uso de trehalosa en animales experimentales, como es el aumento de la actividad de los macrófagos para reducir las placas ateromatosas y así “limpiar las arterias”.
Estos datos son muy importantes, pues permitirán, en un futuro, incidir efectivamente en la prevención de algunas enfermedades cardiovasculares muy frecuentes.
- Crowe, J., Crowe, L., & Chapman, D. (1984). Preservation of membranes in anhydrobiotic organisms: the role of trehalose. Science, 223(4637), 701–703.
- Elbein, A., Pan, Y., Pastuszak, I., & Carroll, D. (2003). New insights on trehalose: a multifunctional molecule. Glycobiology, 13(4), 17–27.
- Finch, P. (1999). Carbohydrates: Structures, Syntheses and Dynamics. London, UK: Springer-Science+Business Media, B.V.
- Stick, R. (2001). Carbohydrates. The Sweet Molecules of Life. Academic Press.
- Stick, R., & Williams, S. (2009). Carbohydrates: The Essential Molecules of Life (2nd ed.). Elsevier.