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Trehalosa
La trehalosa (a-D-glucopiranosil-(1,1)-a-D-glucopiranósido)
Es un disacárido no reductor formado por dos moléculas de glucosa, se encuentra presente en una amplia gama de organismos llevando a cabo funciones como azúcar de reserva y como protector ante el estrés abiótico. Pose amplias aplicaciones biotecnológicas ya que protege proteínas y membranas biológicas, lo cual permite que pueda ser usada como preservador de alimentos, enzimas, vacunas, células, tejidos y órganos, y como sustituto de sacarosa en dulcería y panadería.(1)
La trehalosaDescrita primero por Wiggers desde
1832 como un azúcar desconocido presente en el cornezuelo del centeno (hongo patógeno).
Después encontrado en los capullos del escarabajo Larinus Maculata, nombre común “trehala” Berthelot designa al disacárido como trehalosa.
La (a-D-glucopiranosil-(1,1)-a-D-glucopiranósido) es un disacárido no reductor formado por dos moléculas de glucosa. El enlace a,a-1,1 conecta los dos extremos reductores de los residuos de glucosa (Paiva y Panek 1996) anulando su poder reductor.
Molécula de trehalosa
Biosíntesis y presencia en los seres vivos.
A la fecha se conocen cinco diferentes vías de síntesis de trehalosa, distribuidas en todos los reinos vivos conocidos.
Se encuentra en bacterias y hongos y en cantidades
considerables en criptobiontes.
Identificada en casi todos los insectos sobretodo en la hemolinfa.
Se tiene evidencia de su presencia en plantas angiospermas como tabaco y arroz lo cual hace suponer que se encuentra en todas las plantas superiores.
Vías de síntesis de trehalosa
Amplia distribución de síntesis en la naturaleza
Gracias a la disponibilidad de secuencias de ADN y proteínas depositadas en el GenBank se han identificado genes de síntesis de trehalosa en diferentes especies de bacterias, arquibacterias, hogos, insectos y plantas.
La amplia distribución de vías de biosíntesis y degradación de trehalosa en los tres superdominios (Bacteria, Arquea y Eucaria) sugiere que ha sido utilizada por la naturaleza de manera muy versátil.
Síntesis vía TPS/TPP
En la naturaleza, la ruta de síntesis aparentemente preferida, dado que se encuentra ampliamente distribuida, es aquella que involucra dos reacciones químicas catalizadas por las enzimas TPS (Trehalosa 6-Fosfato Sinasa) y TPP (Trehalosa 6-Fosfato Fosfatasa).
Elucidada por Leloir en la levadura Sacharomyces Serevisiae, la cual utiliza estas dos enzimas y los sustratos son la glucosa-6-fosfato y la UDP-glucosa.(Cabib y Leloir 1958)
Biosíntesis en bacterias
La ruta TPS/TPP se encuentra también en bacterias donde se le conoce como la via OtsA/OtsB. Tambien se hallan en insectos nematodos y plantas.
También encontramos la via llamada TreY/TreZ o (MTS/MTH) que utiliza maltodextrinas como sustrato modificándose un enlace terminal a(1,4) en el extremo no reductos a un enlace a (1,1) a través de una transglicosidacion originando una unidad trehalosil terminal.
La otra vía encontrada comúnmente en plantas es la TreS o GT donde el sustrato es el azúcar maltosa donde el enlace a-(1,4) es modificado a a (1,1)
Vía TreY/TreZ o (MTS/MTH)
Vía TreS o GT(glucosil transferasa)
Propiedades fisicoquímicas de la trehalosaSe ha demostrado que es capaz de proteger
la estructura y función de las enzimas y la integridad de las membranas biológicas bajo condiciones de estrés abiótico extremo.
En la protección de las proteínas la trehalosa forma una capsula alrededor de la proteína protegiendo su estructura terciaria(Lins et al. , 2004).
Propiedades fisicoquímicas de la trehalosa
El hecho de ser un azúcar no reductor previene la reacción de Maillar en la cual los grupos aldehído de los azucares reducen a los grupos amino de los residuos de la proteínas produciendo el típico color café de la degradación de estas.
La capacidad de la trehalosa para proteger las membranas durante la deshidratación es producto de su interacción con estas para mantener el estado fluido y prevenir contra la fusión la separación de fases y el rompimiento de las membranas.(Crowe et al., 1984)
Protección de membrana
Usos biotecnológicos de la trehalosa
Las propiedades de la trehalosa la han vuelto un apreciado producto biotecnológico con diversas aplicaciones.
A nivel comercial dos procesos se han desarrollado para la síntesis del disacárido:
La compañía japonesa Hayashibara ha desarrollado un proceso de producción enzimática basado en el uso de almidón como sustrato emplendo las enzimas malto-oligosil trehalosa sintasa (MTS) y la malto-oligosil trehalosa hidrolasa (MTH), provenientes de la Arthobacter ramosus
Este método bajo de $700/kg a $5/kg con un 98% de pureza y apto para el consumo humano y otros usos industriales (Shiraldi et al., 2002).
Usos más comunes y prometedores de la trehalosa
Protector de la actividad enzimática. Estabilizador y protector de moléculas
complejas Aditivos de diversos alimentos Sustituto de azúcar Preservador de células tejidos y órganosOsmoprotector de plantas ornamentalesUso en la industria de cosméticosUsos médicos y nutriceuticos
Trehalosa (Hayashibara)
Productos alimenticios y cosméticaProtector natural de la Hayashibara - Para el cuidado
de la piel y del cabello Para La Supresión De Los OloresSustituto o complemento de sacarosa en panadería,
chocolates, productos de frutas, productos congelados, bebidas, bebidas alcohólicas.
Procesos en reactor batch (Chiraldi C. 2002)
Estos se realizan con enzimas en solución. Las enzimas utilizadas son la MTS y MTH que
son aisladas de la Arthrobacter Q36.En este proceso se usa como sustrato almidón
de maíz pretratado. La temperatura del proceso se lleva a 40 °C, la
solucion resultante contiene 66% de trehalosa (p/p) y una pequeña cantidad de oligosacaridos reducidos.
Síntesis a través de MTS y MTH de la Brevibacterium helvolum
En este proceso se utilizan las enzimas MTS/MTH aisladas de la Brevibacterium helvolum.
En este proceso se lleva a acabo con el acoplamiento de las enzimas de síntesis con un a-amilasa la cual ayuda en la desramificacion del almidón.
GT y a-amilasa de Sulfolobussolfataricus KM1
En este proceso son usadas la Glucosil transferasa (GT) y la a-amilasa aisladas de Sulfolobus solfataricus KM1.
Se usa como sustrato una variedad de maltooligosacaridos de grados de polimerizacion de 3-7
Los rendimientos alcanzados son de 36 a 60% de trehalosa.
Los rendimientos fueron mejorados al incorporar una amilasa con un grado de polimerización alto(17). Alcanzando 80% de trehalosa.
Bioprocesos por inmovilizaciónLa trehalosa fosforilaza obtenida de
Schizophyllum commune BT2115 y la almidon fosforilaza obtenida de Corynebacterium callunae DSM 20147 fueron purificadas.
Las enzimas se inmovilizaron por adsorción en un empaque y este fue colocado en un reactor .
En este proceso la materia prima es el almidón. Los sustratos son los sustratos son maltodextrinas, glucosa y fosfatos.
La produccion fue reportada constante en un valor de 2.6 g/l *h en un procesos continuo de 72 horas.
Trehalosa sintasa de la basidiomyceteGrifola frondosa
Este proceso utiliza la Trehalosa sintasa de la basidiomycete Grifola frondosa la cual es capas de formar trehalosa tomando como sustrato la α-D-glucosa 1-fosfatphate and D-glucosa.
En combinación se usa la sacarosa fosforilasa
La producción mediante este método fue reportado en 18 mmMol /h para un rendimiento final de 90%.
Referencias J. O. Mascorro-Gallardo/ N Avonce/ G Iturriaga.
Biotecnología de la trehalosa en las plantas. Revista Chapingo. Serie horticultura. Año/vol. 11 numero 002 Universidad Autónoma Chapingo.
Lins R. D. PEREIRA C. S. HUNENBERGER, P. H. 2004 Trehalose-protein interaccion in aqueus solution. Proteins 55; 177-186.
CROWE, J.; L. CHAMPMAN, D. 1984. preservation of membranes in enhtdrobiotic organism. The role of the trehlose <Science 223: 209-217.
Chiraldi C. I. Lernia y M. de la Rosa 2002. Trehalosa production: Exploting novel Aproaches. Trens en bytechnology. 20 (10) 420-425.