Кіріспе

Трехалоза (түрікше tıgala – жәндіктердің кокондарынан алынған қант + ose) – екі молекула глюкозадан тұратын қант. Оны микоза немесе тремалоза деп те атайды. Кейбір бактериялар, саңырауқұлақтар, өсімдіктер және омыртқасыз жануарлар оны энергия көзі ретінде, сондай-ақ қатудан және судың жетіспеушілігінен сақтану үшін синтездейді. Трехалозаны алу бұрын қиын және қымбат процесс болған, бірақ 2000 жылы Хаяшибара компаниясы (Окаяма, Жапония) крахмалдан арзан алу технологиясын ашты. Трехалозаның суды ұстап тұру қабілеті жоғары, сондықтан ол тағам, косметика және дәрілік заттарда қолданылады. 2017 жылы трехалозаны пайдаланатын процедура сперманы бөлме температурасында сақтауға мүмкіндік береді.

Құрылымы

Трехалоза – екі α-глюкоза бірлігінің 1,1-гликозидтік байланысы арқылы түзілетін дисахарид. Ол табиғатта дисахарид түрінде, сондай-ақ кейбір полимерлерде мономер ретінде кездеседі. Трехалозаны өнеркәсіптік жолмен жүгері крахмалынан алуға болады.

Химиялық

Трехалоза – екі глюкоза бірлігінен 1–1 альфа байланысы арқылы құралған азайтылмаған қант. Осы байланыс трехалозаны қышқыл гидролизіне өте төзімді етеді, сондықтан ол қышқыл жағдайларда да жоғары температурада ерітіндіде тұрақты болады. Бұл байланыс азайтылмаған қантты жабық сақина түрінде ұстап тұрады, нәтижесінде альдегид немесе кетон тобындағы соңғы топтар ақуыздың лизин немесе аргинин қалдықтарымен байланыспайды (бұл процесс гликация деп аталады). Трехалоза сахарозаға қарағанда нашар ериді, бірақ жоғары температурада (>80 °C) жақсы ериді. Трехалоза дигидрат түрінде ромбоидтық кристалдар түзеді және осы түрінде сахарозаның 90% калориялық құрамына ие. Трехалозаның сусыз түрлері ылғалды тез сіңіріп алып, дигидратты қайтадан құрайды. Трехалозаның сусыз түрлері қыздырғанда қызықты физикалық қасиеттерді көрсете алады. Трехалозаның сулы ерітінділері концентрацияға байланысты кластерленуге бейім. Сутекті байланыс құру қабілетіне ие болғандықтан, олар суда әртүрлі өлшемдегі кластерлер құру үшін өздігінен бірігеді. Барлық атомдық молекулалық динамикалық модельдеулер 1,5–2,2 молярлық концентрацияда трехалоза молекулалық кластерлерінің ағып, ірі және үздіксіз агрегаттар құруы мүмкін екенін көрсетті. Трехалоза нуклеин қышқылдарымен тікелей әрекеттеседі, екі жіпті ДНК-ның балқуын жеңілдетеді және бір жіпті нуклеин қышқылдарын тұрақтандырады.

Биологиялық

Бактериялар, ашытқылар, саңырауқұлақтар, жәндіктер, омыртқасыздар, төменгі және жоғары өсімдіктер сияқты организмдер трехалозаны жасауға қабілетті ферменттерге ие. Трехалоза – жәндіктердің ұшуы үшін қолданатын маңызды көмірсутектік энергия қоры. Мұның бір себебі – трехалозаның гликозидтік байланысы, жәндік трехалазасының әсерінен екі молекула глюкозаны босатады, ал бұл ұшудың жоғары энергия талаптарын қанағаттандыруға қажет. Бұл, глюкозаның сақталатын полимер крахмалдан босатылу тиімділігінен екі есе жоғары, себебі крахмалдың бір гликозидтік байланысы тек бір глюкоза молекуласын ғана босатады. Өсімдіктерде трехалоза күнбағыс тұқымдарында, айгөлекте, селагинелла өсімдіктерінде және теңіз балдырында кездеседі. Саңырауқұлақтардың арасында шиитаке (Lentinula edodes), устрица, король устрицасы және алтын ине сияқты түрлерінде кең таралған. Өсімдіктер әлемінде шөл және таулы аймақтарда өсетін селагинелла (кейде қайта тірілген өсімдік деп атайды) жарылып, кеуіп қалуы мүмкін, бірақ жаңбырдан кейін қайта жасыл түске еніп, жаңарып өседі, мұның себебі трехалозаның атқаратын қызметі. Бактерия жасуша қабырғасында трехалоза осмостық айырмашылықтар және экстремалды температура сияқты стресс факторларына бейімделуде құрылымдық рөл атқарады. Ашытқылар абиотикалық стресске жауап ретінде трехалозаны көміртек көзі ретінде пайдаланады.

Тамақ және тамақтану қасиеттері

Трехалоза барлық жейтін (оның ішінде адамдар) және шөп жейтін жануарлардың ішек қабығының шетіндегі трехалаза ферментімен глюкозаға жылдам ыдырайды. Ол глюкозаға қарағанда қандағы қант деңгейінің күрт өсуіне себеп болмайды. Көбінесе мұздатылған тағамдарда, мысалы, балмұздақта қолданылады, себебі ол тағамдардың қату температурасын төмендетеді.

Метаболизм

Трехалозаның биосинтезінің бес жолы анықталды. Ең көп таралған жол – TPS/TPP жолы, ол трехалозаны фермент трехалоза-6-фосфат (T6P) синтетазасы (TPS) арқылы синтездейтін организмдер пайдаланады. Екінші, бактериялардың кейбір түрлеріндегі трехалоза синтетазасы (ТС) мальтоза мен екі глюкоза бірлігі бар тағы бір дисахаридті субстрат ретінде пайдаланып трехалоза өндіре алады. Үшіншіден, кейбір бактериялардағы TreY TreZ жолы малтолигосахаридтер немесе гликоген қамтитын крахмалды тікелей трехалозаға айналдырады. Төртіншіден, примитивті бактерияларда трехалоза гликозилтрансферазасы (TreT) АДФ-глюкоза мен глюкозадан трехалоза өндіреді. Бесіншіден, трехалоза фосфорилазасы (TreP) трехалозаны глюкоза-1-фосфат пен глюкозаға гидролиздейді немесе кейбір түрлерде кері реакцияны катализдеуі мүмкін. Омыртқалы жануарлар трехалозаны синтездеуге немесе сақтауға қабілетті емес. Адамда трехалаза тек ішек қабықшасы, бүйрек түтікшелерінің шекарасы, бауыр және қан сияқты белгілі бір жерлерде ғана табылады. Бұл ферменттің омыртқалы жануарлардағы экспрессиясы алдымен гестация кезеңінде, яғни емізуден кейін ең жоғары деңгейде болады. Содан кейін, трехалаза деңгейі өмір бойы ішекте тұрақты болып қалады. Ал, өсімдіктер мен саңырауқұлақтардан тұратын диетада трехалоза болады. Диетадағы трехалозаның орташа мөлшері маңызды, ал трехалозаның жеткіліксіз мөлшері диареяға немесе басқа ішек симптомдарына әкелуі мүмкін.

Медициналық қолдану

Трехалоза гиалурон қышқылымен бірге құрғақ көзді емдеуге қолданылатын жасанды көз жасының құрамындағы ингредиент. Clostridium difficile бактериясының таралуы бастапқыда трехалозамен байланысты болған, бірақ бұл тұжырым 2019 жылы күмәндалған. 2021 жылы FDA жаңа дәрі-дәрмектерді зерттеуге арналған (IND) өтінішін қабылдады және 3-ші типті спиноцеребеллярлық атаксияны (SCA3) емдеуге мүмкіндік беретін трехалозаның инъекциялық түріне (SLS 005) басымдық статусын берді.

Тарих

1832 жылы Х. А. Л. Виггерс қара бидайдың ерготынан трэхалозаны тапты, ал 1859 жылы Марселин Бертелот оны трехала маннасынан – яғни, қоңыздардың өндіретін затынан – бөліп алып, оны трэхалоза деп атады. Трэхалоза ұзақ жылдар бойы mTOR-дан тәуелсіз әрекет ететін автофагияны күшейтуші ретінде белгілі болды. 2017 жылы жарияланған зерттеулерде трэхалозаның TFEB ақуызын белсендіре отырып автофагияны тудыратыны көрсетілді, ал TFEB ақуызы автофагия-лизосома жолының бас реттеушісі болып табылады.