ИНВЕРТАСА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, УСТРОЙСТВО, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Инвертазы , также известный как β-фруктофуранозид фруктоолигосахариды гидролазы, гликозильный гидролазы фермента в изобилии в природе. Он способен гидролизовать гликозидную связь между двумя моносахаридами, составляющими сахарозу, с образованием «инвертированных» сахаров, глюкозы и фруктозы.

Он присутствует в микроорганизмах, животных и растениях, однако наиболее изученными ферментами являются ферменты растительного происхождения, а также ферменты бактерий и дрожжей, поскольку они послужили моделью для многих новаторских кинетических исследований в области энзимологии.

Молекулярная структура фермента инвертазы растений (Источник: Джавахар Сваминатан и сотрудники MSD Европейского института биоинформатики через Wikimedia Commons)

Инвертаза участвует в каталитической реакции, которая позволяет высвобождать остатки глюкозы, которые, в зависимости от физиологических потребностей организма, в котором она экспрессируется, могут использоваться для получения АТФ и НАДН. Благодаря этому можно, среди прочего, синтезировать запасные полисахариды в различных органеллах или тканях.

Этот тип ферментов также участвует в контроле дифференцировки и клеточного развития, поскольку они способны продуцировать моносахариды, которые в растениях также выполняют важные функции в регуляции экспрессии генов.

Обычно они встречаются на кожуре плодов винограда, гороха, японской груши и овса. Хотя наиболее коммерчески используемые ферменты - это ферменты дрожжей, таких как S. cerevisiae, и ферменты определенных типов бактерий.

характеристики

В природе можно встретить разные формы инвертаз, и это в основном зависит от рассматриваемого организма. У дрожжей, например, есть два типа инвертазы: внутриклеточная или цитозольная и внеклеточная или периплазматическая (между клеточной стенкой и плазматической мембраной).

У бактерий инвертазы участвуют в гидролизе сахарозы, но при столкновении с высокими концентрациями этого субстрата они также проявляют активность фруктозилтрансферазы, так как они способны переносить фруктозильные остатки на дисахарид сахарозу.

Поскольку эти ферменты могут работать в очень широком диапазоне pH, некоторые авторы предложили, чтобы их можно было классифицировать как:

- Кислый (pH от 4,5 до 5,5)

- Нейтральные (pH близок к 7)

- Щелочной (pH от 6,5 до 8,0).

О щелочных инвертазах сообщалось у большинства растений и у цианобактерий, тогда как бактерии обладают активными инвертазами при нейтральном и щелочном pH.

Овощные инвертасы

В растениях существует три типа ферментов инвертазы, которые расположены в разных субклеточных компартментах и ​​имеют разные характеристики и биохимические свойства.

Точно так же функции каждого типа описанной инвертазы различны, поскольку они, по-видимому, «направляют» дисахариды сахарозы на определенные клеточные пути в растении.

Итак, по субклеточному расположению инвертазы растительного происхождения могут быть:

- Вакуолярные инвертазы

- Внеклеточные инвертазы (в клеточной стенке)

- Цитозольные инвертазы.

Вакуолярные инвертазы существуют в виде двух растворимых и кислых изоформ в просвете вакуоли, тогда как «внеклеточные» инвертазы представляют собой белки периферической мембраны, связанные с плазматической мембраной посредством ионных взаимодействий.

Поскольку как вакуолярные, так и внеклеточные инвертазы катализируют гидролиз сахарозы, начиная с остатка фруктозы, они были названы β-фруктофуранозидазами, и было показано, что они также действуют на другие олигосахариды, содержащие остатки β-фруктозы, то есть, они не конкретны.

Другой тип растительных инвертаз - это цитозольные инвертазы, которые также существуют в виде двух нейтральных / щелочных изоформ. Они специфичны для сахарозы и изучены не так хорошо, как два других.

Структура

Большинство описанных инвертаз имеют димерные и даже мультимерные формы. Единственные известные мономерные инвертазы - это мономерные инвертазы бактерий, и у этих организмов молекулярная масса составляет от 23 до 92 кДа.

Вакуолярные и внеклеточные инвертазы растений имеют молекулярную массу от 55 до 70 кДа, и большинство из них N-гликозилировано. Это верно для большинства внеклеточных инвертаз, встречающихся в природе, которые связаны с внешней стороной плазматической мембраны.

Изоферменты дрожжей имеют несколько более высокую молекулярную массу, от 135 до 270 кДа.

Другие исследования, проведенные с бактериальными ферментами, также показали, что эти ферменты имеют каталитический центр, богатый β-складчатыми структурами.

Характеристики

В зависимости от организма, в котором они экспрессируются, ферменты инвертазы могут выполнять множество основных функций, помимо транспортировки сахаров и гидролиза сахарозы до составляющих ее моносахаридов. Однако наиболее часто рассматриваемые естественные функции исходят от растений.

Метаболические функции инвертаз в растениях

Сахароза, которая является субстратом для фермента инвертазы, является одним из сахаров, которые вырабатываются в растениях во время фотосинтеза, после чего углекислый газ восстанавливается в присутствии света с образованием углеводов и воды.

Эти углеводы являются основным источником энергии и углерода в нефотосинтезирующих тканях растений и должны транспортироваться по сосудам через флоэму и из листьев, которые являются основными фотосинтетическими органами.

В зависимости от задействованной инвертазы остатки глюкозы и фруктозы, полученные в результате гидролиза этой сахарозы, направляются по различным метаболическим путям, где они являются основным топливом для выработки энергии в форме АТФ и снижения мощности в форме НАДН.

Другие важные функции у растений

Помимо того, что они имеют решающее значение для получения метаболической энергии, растительные инвертазы участвуют в контроле осморегуляции, а также в росте и удлинении растительных клеток.

Это результат повышения осмотического давления, вызванного гидролизом сахарозы, в результате чего образуются две новые осмотически активные молекулы: глюкоза и фруктоза.

Если будет сделан библиографический обзор, будет легко убедиться, что инвертазе также приписываются функции в защитных механизмах растений, связанных с патогенами.

Было установлено, что инвертаза является связующим звеном между деградацией углеводов и реакцией на патогены, поскольку этот фермент обеспечивает сахара, которые увеличивают экспрессию индуцируемых сахаром генов, которые обычно связаны с экспрессией белков, связанных с патогены (PR, Pathogen Related).

Промышленная эксплуатация инвертаз микроорганизмов

С момента своего открытия реакция, катализируемая инвертазами, использовалась в промышленности во многих секторах торговли, включая пивоваренную и хлебопекарную промышленность.

В сфере питания инвертасы используются для приготовления желе и джемов, конфет, жидких начинок или начинки для печенья и шоколадных конфет. Кроме того, одним из наиболее популярных его применений является производство сиропов, поскольку они имеют более высокое содержание сахара, но не подвержены кристаллизации.

В фармацевтической промышленности они используются для приготовления сиропов от кашля и таблеток для улучшения пищеварения, а также для синтеза пробиотиков и пребиотиков, детского питания и составов кормов для животных (особенно для крупного рогатого скота и пчел).

Они также использовались в бумажной промышленности, для производства косметики, для производства этилового спирта и органических кислот, таких как молочная кислота и других. Инвертазы растительного происхождения также используются для синтеза натуральных каучуков.

Ссылки

1. Кульшрестха, С., Тьяги, П., Синдхи, В., и Шарма, К. (2013). Invertase и его приложения - краткий обзор. Журнал фармацевтических исследований, 7, 792–797.
2. Линкольн, Л., и Мор, С. (2017). Бактериальные инвертазы: возникновение, продукция, биохимическая характеристика и значение трансфруктозилирования. Журнал фундаментальной микробиологии, 1–11.
3. Оддо, Л. П., Пьяцца, М., и Пульчини, П. (1999). Инвестируйте активность в мед. Apidologie, 30, 57–65.
4. Ройч, Т., и Гонсалес, М. (2004). Функция и регуляция инвертаз растений: сладкие ощущения. ТЕНДЕНЦИИ в растениеводстве, 9 (12), 606–613.
5. Ройч, Т., Балибреа, М. Е., Хофманн, М., Проэлс, Р., и Синха, А. К. (2003). Внеклеточная инвертаза: ключевой метаболический фермент и белок PR. Журнал экспериментальной ботаники, 54 (382), 513–524.
6. Страм, А. (1999). Вы будете инвестировать. Первичные структуры, функции и роли в развитии растений и разделении сахарозы. Физиология растений, 121, 1–7.