biotechnologia


 
 

Trehaloza

Trehaloza(alfa-D-glukopiranozylo-1,1-alfa-D-glukopiranozyd) zbudowana jest z dwóch cząsteczek glukozy połączonych wiązaniem alfa,alfa,1,1-glikozydowym, pozbawiającym ją właściwości redukujących. Disacharyd ten występuje u bakterii, drożdży, grzybów, bezkręgowców (owady, nicienie, skorupiaki). U drożdży i niektórych grzybów jest głównym cukrem zapasowym.




Trehaloza wpływa na metabolizm, wzrost i rozwój rośliny. Oddziałuje na alokację węgla, metabolizm węglowodanów, aktywność enzymów, fotosyntezę oraz ekspresję genów, działając nie tylko jako źródło glukozy, ale też jako analog sacharozy. Wykazano, że trehaloza daje te same efekty co sacharoza, a zastosowanie inhibitora trehalazy - walidamycyny A dowodzi, że działa tak zanim zostanie zmetabolizowana. Dwucukier ten, a nie jego katabolity mogą więc wpływać na metabolizm sacharozy, a przez to na przydzielanie cukrów.
Innym potwierdzeniem założenia, że trehaloza może działać jako analog sacharozy, są badania soi rosnącej na trehalozie z jednoczesnym zastosowaniem walidamycyny A. Poza wzrostem akumulacji trehalozy w liściach, powoduje to redukcję zawartości sacharozy i skrobi w korzeniach, co sugeruje rolę trehalozy i hydrolizującego ją enzymu - trehalozy w przydzielaniu (alokacji) węgla. Może być to spowodowane stymulującym działaniem trehalozy na enzymy degradujące sacharozę, np. syntazę sacharozy. Mniejszy efekt stymulujący wykazuje maltoza, rafinoza, fruktoza, a glukoza i laktoza nie mają żadnego wpływu. Zastosowanie inhibitora trehalazy wskazuje, że indukcja ta, nie zależy od degradacji trehalozy. Podobne efekty w postaci zaburzeń wzrostu, wywołuje inhibicja trehalazy u Arabidopsis. Trehaloza hamuje też elongację korzeni siewek i gromadzenie skrobi w pędach rzodkiewnika. Egzogenna trehaloza podnosi aktywność syntazy sacharozy i alkalicznej inwertazy, a redukuje aktywność kwaśnej inwertazy i poziomy sacharozy w korzeniach tych roślin. Zmienia też poziomy różnych metabolitów roślin wyższych i aktywność enzymów, indukując np. ekspresję dużej podjednostki pirofosforylazy ADP-glukozy, ApL3 i transferazy zaangażowanej w syntezę fruktanu. Może działać toksycznie zakłócając metabolizm sacharozy, czy też hamując syntezę ściany komórkowej.
Obecnie uważa się, że nie tylko sama trehaloza i produkty jej metabolizmu służą jako sygnały w mechanizmie wyczuwania cukrów -„sugar sensing”. Uczestniczą w nim także intermediaty biosyntezy trehalozy, głównie trehalozo-6-fosforan.


Trehalozo-6-fosforan jako cząstka sygnalna

Trehalozo-6-fosforan reguluje metabolizm węglowodanów, ponieważ zaobserwowano pozytywną korelację pomiędzy jego poziomem a aktywnością fotosyntetyczną transgenicznego tytoniu wyrażającego homologi syntazy trehalozo-6-fosforanu (TPS) Escherichia coli. Przeciwnie - nadekspresja genu fosfatazy trehalozo-6-fosforanu (TPP) u Arabidopsis thaliana skutkuje obniżeniem poziomu trehalozo-6-fosforanu i osłabieniem ekspresji genów zaangażowanych w fotosyntezę. Sugeruje to, że właśnie ten związek ma główną rolę w metabolizmie trehalozy, regulacji percepcji i sygnalizacji poziomu cukrów (ang. sugar sensing and signaling) oraz prawidłowego wzrostu i rozwoju rośliny. Uczestniczy też w regulacji procesów glikolizy, asymilacji azotu, ekspresji części genów związanych z odpowiedzią na stres.



Rys.1. Trehalozo-6-fosforan (Tre-6P) jako związek pośredniczący w adaptacji metabolicznej roślin

Hanhong badając wpływ egzogennej trehalozy na rozwój siewek Arabidopsis również wykazał, że raczej trehalozo-6-fosforan, a nie trehaloza, odpowiada za zahamowanie ich wzrostu oraz zmiany stężenia różnych intermediatów fotosyntetycznych i glikolitycznych. Autor ten wykazał również, że przeciwnie niż u drożdży, trehalozo-6-fosforan nie jest inhibitorem heksokinazy Arabidopsis, oraz że egzogenna trehaloza nie wpływa na poziomy glukozy i fruktozy w siewkach. W związku z tym, obserwowane zmiany rozwojowe i morfologiczne nie mogą być przypisane glukozie pochodzącej z jej hydrolizy.


Marta Muszyńska


Literatura:
1. Altamirano-Hernández J., Farías-Rodríguez R., Jaromillo V.J., Peña-Cabriales J.J. (2004) „Seasonal variation in trehalose contents of roots and nodules of leguminous trees in tropical deciduous forest in Mexico” Soil Biology & Biochemistry 36:869-871
2. Aquino A.C.M.M., Peixoto-Nogueira S.C., Jorge J.A., Terenzi H.F., M.L.T.M. Polizeli (2005) „Characterisation of an acid trehalase produced by the thermotolerant fungus Rhizopus microsporus var. Rhizopodiformis: Biochemical properties and immunochemical localisation” FEMS Microbiology Letters 251:169-175
3. Bae H., Herman E., Sicher R. (2005) „Exogenous trehalose promotes non-structural carbohydrate accumulation and includes chemical detoxification and stress response proteins in Arabidopsis thaliana growth in liquid culture” Plant Science 168:1293-1301
4. Gárcia N.A.T., Iribarne C., López M., Herrera-Cervera J.A., Llunch C. (2005) „Physiological implications of trehalase from Phaseolus vulgaris root nodules: partial purification and characterization” Plant Physiology and Biochemistry 43:355-361
5. Engelhard M. (2004) „Trehalose and the nitrogen fixing nodule symbiosis of legumes: studies on rhizobia deficient in the trehalose-6-phosphate synthase gene „otsA” Inauguraldissertation zur Erlangung der Würde eines Doktors der Philosophie vorgelegt der Philosophisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Basel, Deutschland
6. Goddijn O., Smeekens S. (1998) „Sensing trehalose biosynthesis in plants” The Plant Journal 14(2):143-146
7. Gueguen Y., Rolland J-L., Schroeck S., Flament D., Defretin S., Saniez M-H., Dietrich J. (2001) „Characterization of maltooligosyl trehalose synthase from the thermophilic archaeon Sulfolobus acidocaldarius” FEMS Microbiology Letters 194: 201-206
8. Mellor R.B. (1988) „Distribution of Trehalase in Soybean Root Nodule Cells: Implications for Trehalose Metabolism” J. Plant Physiol 133:173-177
9. Müller J., Aeschbacher R.A., Wingler A., Boller T., Wiemken A. (2001) „Trehalose and Trehalase in Arabidopsis” Plant Physiology 125:1086-1093
10. Müller J., Wiemken A., Aeschbacher R. (1999) „Trehalose metabolism in sugar sensing and development” Plant Science 147:37-47
11. Roger A.A., Müller J., Boller T., Wiemken A. (1999) „Purification of the Trehalose GMTRE1 from Soybean Nodules and Cloning of Its cDNA. GMTRE1 Is Expressed at a Low Level in Multiple Tissues” Plant Physiology 119:489-495
12. Ryu S.-I., Park C.-S., Cha J.C., Woo E.-J., Lee S.-B. (2005) „A novel trehalose-synthesizing glycosyltransferase from Pyrococcus horicoshii: Molecular cloning and characterization” Biochemical and Biophysical Research Communications BBRC 329:429-436
13. Rolland F., Moore B., Sheen J. (2002) „Sugar Sensing and Signaling in Plants” The Plant Cell 185-205
14. Schiraldi C., Di Lernia I., De Rosa M. (2002) „Trehalose production: exploiting novel approaches” TRENDS in Biotechnology 20/10:420-425
15. Wolska-Mitaszko B., Hawrylak B., Molestak E. (2006) „Activity of invertase and trehalase in Medicago sativa”
16. Wolska-Mitaszko B., Molestak E., Małek W. (2005) „Properties of trehalase from different organs of alfalfa, Medicago sativa” Acta Physiologiae Plantarum 27/1:53-60
17. Wolska-Mitaszko B., Molestak E. (2005) „Metabolizm trehalozy u roślin” Postępy Biologii Komórki 32/2, 181-194


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

78 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u