INVERTASA: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Invertāzi , kas pazīstams arī kā β-fructofuranoside Fructo hidrolāzes, kas ir glikozilgrupa hidrolāzes fermentu bagātīgi dabā. Tas spēj hidrolizēt glikozīdisko saiti starp diviem monosaharīdiem, kas veido saharozi, iegūstot “apgrieztus” cukurus - glikozi un fruktozi.

Tas atrodas mikroorganismos, dzīvniekos un augos, tomēr visvairāk pētītie fermenti ir augu izcelsmes, kā arī baktēriju un raugu fermenti, jo tie ir kalpojuši par paraugu daudziem novatoriskiem kinētiskiem pētījumiem enzimoloģijas jomā.

Augu invertāzes enzīma molekulārā struktūra (Avots: Jawahar Swaminathan un MSD darbinieki Eiropas Bioinformatikas institūtā, izmantojot Wikimedia Commons)

Invertāze piedalās katalītiskā reakcijā, kas ļauj atbrīvot glikozes atlikumus, kurus atkarībā no tā organisma fizioloģiskajām vajadzībām, kur tā tiek izteikta, var izmantot, lai iegūtu ATP un NADH. Izmantojot to, citu starpā ir iespējams sintezēt uzglabāšanas polisaharīdus dažādos organellos vai audos.

Šis enzīmu veids piedalās arī diferenciācijas un šūnu attīstības kontrolē, jo tie spēj ražot monosaharīdus, kuriem augos ir arī svarīgas funkcijas gēnu ekspresijas regulēšanā.

Parasti tās atrodamas uz vīnogulāju augļu, zirņu, japāņu bumbieru augu un auzu ādām. Kaut arī komerciāli visvairāk tiek izmantoti fermenti, piemēram, S. cerevisiae, un noteikta veida baktērijām.

raksturojums

Dabā var atrast dažādas invertāžu formas, un tas galvenokārt ir atkarīgs no attiecīgā organisma. Raugiem, piemēram, ir divu veidu invertāze: intracelulāra vai citosoliska un ārpusšūnu vai periplazma (starp šūnas sienu un plazmas membrānu).

Baktērijās invertāzes darbojas saharozes hidrolīzē, bet, saskaroties ar lielu šī substrāta koncentrāciju, tām piemīt arī fruktoziltransferāzes aktivitāte, jo tās spēj pārnest fruktozila atlikumus uz disaharīda saharozi.

Tā kā šie fermenti var darboties ļoti plašā pH diapazonā, daži autori ir ierosinājuši tos klasificēt kā:

- Skābi (pH no 4,5 līdz 5,5)

- neitrāli (pH tuvu 7)

- sārmains (pH no 6,5 līdz 8,0).

Par sārmainām invertāzēm ziņots lielākajā daļā augu un zilaļģu baktērijās, savukārt baktērijām ir aktīvas invertāzes neitrālā un sārmainā pH līmenī.

Dārzeņu invertāzes

Augos ir trīs veidu invertāzes enzīmi, kas atrodas dažādos subcelulāros nodalījumos un kuriem ir atšķirīgas īpašības un bioķīmiskās īpašības.

Tāpat katra aprakstītā invertāzes veida funkcijas ir atšķirīgas, jo tās acīmredzot "virza" saharozes disaharīdus uz īpašiem šūnu ceļiem augā.

Tātad, ņemot vērā to subcelulāro atrašanās vietu, augu izcelsmes invertācijas var būt:

- vakuolārās invertāzes

- ārpusšūnu invertāzes (šūnas sienā)

- Citosola invertāzes.

Vakularālās invertāzes vakuola lūmenā pastāv kā divas šķīstošas ​​un skābas izoformas, turpretī "ārpusšūnu" invertāzes ir perifēras membrānas olbaltumvielas, kas jonu mijiedarbības rezultātā saistītas ar plazmas membrānu.

Tā kā gan vakuolārie, gan ārpusšūnu invertāzes katalizē saharozes hidrolīzi, sākot ar fruktozes atlikumu, tās sauc par β-frukto-furanozidāzēm, un ir pierādīts, ka tās darbojas arī uz citiem oligosaharīdiem, kas satur β-fruktozes atlikumus, tas ir, tie nav specifiski.

Otra veida augu invertāzes ir citosola invertāzes, kas pastāv arī kā divas neitrālas / sārmainas izoformas. Tie ir specifiski saharozei, un tie nav tik labi pētīti kā pārējie divi.

Uzbūve

Lielākajai daļai līdz šim aprakstīto invertāžu ir dimēriskas un pat multimēriskas formas. Vienīgās zināmās monomēriskās invertāzes ir baktērijas, un šo organismu molekulmasa ir no 23 līdz 92 kDa.

Augu vakuolārajai un ārpusšūnu invertāzei ir molekulmasa no 55 līdz 70 kDa, un lielākā daļa ir N-glikozilētas. Tas attiecas uz lielāko daļu dabā sastopamo ārpusšūnu invertāžu, kas ir saistītas ar plazmas membrānas ārējo virsmu.

Rauga izoenzīmiem ir nedaudz lielāks molekulmasa, sākot no 135 līdz 270 kDa.

Arī citi pētījumi, kas veikti ar baktēriju fermentiem, parādīja, ka šiem fermentiem ir katalītiskais centrs, kas bagāts ar β-salocītām struktūrām.

Iespējas

Invertāzes enzīmi atkarībā no organisma, kurā tie tiek izteikti, papildus cukuru transportēšanai un saharozes hidrolīzei uz tā sastāvā esošajiem monosaharīdiem var veikt daudzas pamatfunkcijas. Tomēr visvairāk pārskatītās dabiskās funkcijas rodas no augiem.

Augu invertāžu metabolisma funkcijas

Saharoze, kas ir fermenta invertāzes substrāts, ir viens no cukuriem, kas augos rodas fotosintēzes laikā, pēc kura oglekļa dioksīds gaismas klātbūtnē tiek samazināts, veidojot ogļhidrātus un ūdeni.

Šie ogļhidrāti ir galvenais enerģijas un oglekļa avots nefotosintētiskos augu audos, un tie asinsvados jāpārvadā caur filoēmu un no lapām, kas ir galvenie fotosintētiskie orgāni.

Atkarībā no iesaistītās invertāzes, glikozes un fruktozes atlikumi, kas iegūti šīs saharozes hidrolīzē, tiek novirzīti uz dažādiem metabolisma ceļiem, kur tie ir būtisks kurināmais enerģijas ražošanai ATP formā un enerģijas samazināšanai NADH formā.

Citas svarīgas funkcijas augos

Papildus tam, ka augu invertāzes ir būtiskas vielmaiņas enerģijas iegūšanai, tās piedalās arī osmoregulācijas kontrolē, kā arī augu šūnu augšanā un pagarināšanā.

Tas ir osmozes spiediena palielināšanās produkts, ko rada saharozes hidrolīze, kas rada divas jaunas osmotiski aktīvās molekulas: glikozi un fruktozi.

Ja tiks veikts bibliogrāfisks pārskats, būs viegli pārbaudīt, vai invertāzei ir arī piešķirtas funkcijas augu aizsardzības mehānismos, kas saistīti ar patogēniem.

Ir noteikts, ka invertāze ir savienojums starp ogļhidrātu sadalīšanos un reakciju uz patogēniem, jo ​​šis ferments nodrošina cukurus, kas palielina cukura izraisītu gēnu ekspresiju, kas parasti ir saistīti ar olbaltumvielu ekspresiju, kas saistīta ar patogēni (PR, saistīti ar patogēniem).

Mikroorganismu invertāžu rūpnieciska izmantošana

Kopš atklāšanas invertāžu katalizētā reakcija ir rūpnieciski izmantota daudzās tirdzniecības nozarēs, ieskaitot alus un maizes rūpniecību.

Pārtikas zonā invertāzes izmanto želeju un ievārījumu, saldumu, šķidru virskārtu pagatavošanai vai piepilda ar cepumiem un šokolādēm. Turklāt viens no tā populārākajiem pielietojumiem ir sīrupu ražošana, jo tiem ir lielāks cukura saturs, bet tie nav jutīgi pret kristalizāciju.

Farmaceitiskajā rūpniecībā tie ir noderīgi klepus sīrupa un gremošanas palīglīdzekļu tablešu pagatavošanai, kā arī probiotiku un prebiotiku, bērnu pārtikas un dzīvnieku barības zāļu formu (īpaši liellopiem un bitēm) sintēzei.

Tos izmanto arī papīra rūpniecībā, kosmētikas ražošanā, etilspirta un organisko skābju, piemēram, pienskābes un citu ražošanā. Dabisko kaučuku sintēzē tiek izmantotas arī augu izcelsmes invertāzes.

Atsauces

1. Kulshrestha, S., Tyagi, P., Sindhi, V., & Sharma, K. (2013). Invertāze un tās pielietojumi - īss pārskats. Journal of Pharmacy Research, 7, 792–797.
2. Linkolns, L., un vairāk, S. (2017). Baktēriju invertāzes: transfruktosilācijas rašanās, veidošanās, bioķīmiskais raksturojums un nozīme. Pamata mikrobioloģijas žurnāls, 1. – 11.
3. Oddo, LP, Piazza, M., & Pulcini, P. (1999). Investējiet medu. Apidologie, 30, 57–65.
4. Roitsch, T., & González, M. (2004). Augu invertāžu darbība un regulēšana: saldās sajūtas. TENDENCES Augā, 9 (12), 606–613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R., & Sinha, AK (2003). Āršūnu invertāze: galvenais metaboliskais enzīms un PR proteīns. Journal of Experimental Botany, 54 (382), 513–524.
6. Štrums, A. (1999). Jūs ieguldīsit. Augu attīstības un saharozes sadalīšanas primārās struktūras, funkcijas un lomas. Augu fizioloģija, 121., 1. – 7.