INVERTASA: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURA, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2025

Inwertazy , znany również jako β-fruktofuranozyd frukto hydrolazy glikozylową hydrolazy enzym występujący w naturze. Jest zdolny do hydrolizowania wiązania glikozydowego między dwoma monosacharydami tworzącymi sacharozę, wytwarzając „odwrócone” cukry, glukozę i fruktozę.

Występuje w mikroorganizmach, zwierzętach i roślinach, jednak najlepiej badanymi enzymami są enzymy pochodzenia roślinnego oraz bakterie i drożdże, które posłużyły jako model wielu pionierskich badań kinetycznych w dziedzinie enzymologii.

Struktura molekularna roślinnego enzymu inwertazy (źródło: Jawahar Swaminathan i pracownicy MSD w Europejskim Instytucie Bioinformatyki za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Inwertaza bierze udział w reakcji katalitycznej, która umożliwia uwolnienie reszt glukozy, które w zależności od potrzeb fizjologicznych organizmu, w których jest wyrażana, mogą być wykorzystane do uzyskania ATP i NADH. Dzięki temu możliwa jest między innymi synteza polisacharydów magazynujących w różnych organellach lub tkankach.

Ten typ enzymów bierze również udział w kontroli różnicowania i rozwoju komórek, ponieważ są one zdolne do wytwarzania cukrów prostych, które u roślin pełnią również ważne funkcje w regulacji ekspresji genów.

Zazwyczaj można je znaleźć na skórkach owoców winorośli, grochu, japońskich gruszek i owsa. Chociaż najbardziej komercyjnie wykorzystywanymi enzymami są enzymy drożdży, takich jak S. cerevisiae, i niektóre typy bakterii.

cechy

W naturze można znaleźć różne formy inwertaz, a to zależy głównie od rozpatrywanego organizmu. Na przykład drożdże mają dwa typy inwertazy: wewnątrzkomórkową lub cytozolową oraz zewnątrzkomórkową lub peryplazmatyczną (między ścianą komórkową a błoną plazmatyczną).

U bakterii inwertazy działają w hydrolizie sacharozy, ale w obliczu wysokich stężeń tego substratu wykazują również aktywność fruktozylotransferazy, ponieważ są zdolne do przenoszenia reszt fruktozylowych do disacharydu sacharozy.

Ponieważ enzymy te mogą działać w bardzo szerokich zakresach pH, ​​niektórzy autorzy zaproponowali, że można je sklasyfikować jako:

- Kwaśny (pH od 4,5 do 5,5)

- Neutralne (pH bliskie 7)

- Alkaliczne (pH od 6,5 do 8,0).

Inwertazy alkaliczne odnotowano u większości roślin i cyjanobakterii, podczas gdy bakterie posiadają aktywne inwertazy przy obojętnym i zasadowym pH.

Invertases warzywne

W roślinach istnieją trzy typy enzymów inwertaz, które są zlokalizowane w różnych przedziałach subkomórkowych i mają różne cechy i właściwości biochemiczne.

Podobnie, funkcje każdego opisanego typu inwertazy są różne, ponieważ najwyraźniej „kierują” disacharydy sacharozy do określonych szlaków komórkowych w roślinie.

Tak więc, zgodnie z ich lokalizacją subkomórkową, inwertazy pochodzenia roślinnego mogą być:

- Inwertazy Vacuolar

- Inwertazy zewnątrzkomórkowe (w ścianie komórkowej)

- Inwertazy cytozolowe.

Inwertazy wakuolowe istnieją jako dwie rozpuszczalne i kwaśne izoformy w świetle wakuoli, podczas gdy inwertazy „zewnątrzkomórkowe” są białkami błony obwodowej, związanymi z błoną plazmatyczną poprzez interakcje jonowe.

Ponieważ inwertazy wakuolarne i zewnątrzkomórkowe katalizują hydrolizę sacharozy, zaczynając od reszty fruktozy, nazwano je β-fruktofuranozydazami i wykazano, że działają one również na inne oligosacharydy zawierające reszty β-fruktozy, to znaczy nie są specyficzne.

Innym typem inwertaz roślinnych są inwertazy cytozolowe, które również istnieją jako dwie obojętne / zasadowe izoformy. Są one specyficzne dla sacharozy i nie zostały tak dobrze zbadane jak pozostałe dwa.

Struktura

Większość opisanych dotychczas inwertaz ma formy dimeryczne, a nawet multimeryczne. Jedynymi znanymi inwertazami monomerycznymi są inwertazy bakterii, które w tych organizmach mają masę cząsteczkową od 23 do 92 kDa.

Inwertazy wakuolarne i zewnątrzkomórkowe roślin mają masy cząsteczkowe od 55 do 70 kDa, a większość jest N-glikozylowana. Dotyczy to większości inwertaz zewnątrzkomórkowych występujących w naturze, które są związane z zewnętrzną powierzchnią błony komórkowej.

Izoenzymy drożdży mają nieco wyższe masy cząsteczkowe, w zakresie od 135 do 270 kDa.

Inne badania przeprowadzone z enzymami bakteryjnymi również wykazały, że enzymy te mają centrum katalityczne bogate w struktury pofałdowane.

cechy

W zależności od organizmu, w którym ulegają ekspresji, enzymy inwertazy mogą pełnić wiele podstawowych funkcji, oprócz transportu cukrów i hydrolizy sacharozy do składowych cukrów prostych. Jednak najczęściej badane funkcje naturalne pochodzą od roślin.

Funkcje metaboliczne inwertaz u roślin

Sacharoza będąca substratem dla enzymu inwertazy jest jednym z cukrów wytwarzanych przez rośliny podczas fotosyntezy, po której następuje redukcja dwutlenku węgla w obecności światła do węglowodanów i wody.

Węglowodany te są głównym źródłem energii i węgla w niefotosyntetycznych tkankach roślin i muszą być transportowane naczyniowo przez łyk oraz z liści, które są głównymi organami fotosyntetycznymi.

W zależności od zaangażowanej inwertazy, reszty glukozy i fruktozy otrzymane w wyniku hydrolizy tej sacharozy kierowane są na różne szlaki metaboliczne, gdzie są podstawowym paliwem do wytwarzania energii w postaci ATP i redukcji mocy w postaci NADH.

Inne ważne funkcje roślin

Inwertazy roślinne oprócz tego, że mają kluczowe znaczenie dla pozyskiwania energii metabolicznej, uczestniczą w regulacji osmoregulacji oraz we wzroście i wydłużaniu komórek roślinnych.

Jest to efekt wzrostu ciśnienia osmotycznego generowanego przez hydrolizę sacharozy, w wyniku której powstają dwie nowe osmotycznie aktywne cząsteczki: glukoza i fruktoza.

Dokonując przeglądu bibliograficznego, łatwo będzie zweryfikować, czy inwertazie przypisuje się również funkcje w mechanizmach obronnych roślin związanych z patogenami.

Ustalono, że inwertaza jest połączeniem między degradacją węglowodanów a reakcjami na patogeny, ponieważ ten enzym dostarcza cukrów, które zwiększają ekspresję genów indukowanych przez cukier, które są zwykle związane z ekspresją białek związanych z patogeny (PR, Patogen Related).

Przemysłowa eksploatacja inwertaz mikroorganizmów

Od momentu odkrycia reakcja katalizowana przez inwertazy była wykorzystywana na skalę przemysłową w wielu sektorach handlu, w tym w browarnictwie i piekarnictwie.

W obszarze spożywczym inwertazy są używane do przygotowywania galaretek i dżemów, słodyczy, płynnych polew lub nadziewanych ciastek i czekoladek. Ponadto jednym z jego najpopularniejszych zastosowań jest produkcja syropów, ponieważ mają one wyższą zawartość cukru, ale nie są podatne na krystalizację.

W przemyśle farmaceutycznym są przydatne do sporządzania syropów na kaszel i tabletek wspomagających trawienie, a także do syntezy probiotyków i prebiotyków, preparatów dla niemowląt i zwierząt (szczególnie dla bydła i pszczół).

Znalazły również zastosowanie w przemyśle papierniczym, do produkcji kosmetyków, do produkcji alkoholu etylowego oraz kwasów organicznych takich jak kwas mlekowy i inne. Do syntezy kauczuków naturalnych wykorzystuje się także inwertazy pochodzenia roślinnego.

Bibliografia

1. Kulshrestha, S., Tyagi, P., Sindhi, V. i Sharma, K. (2013). Invertase i jego zastosowania - krótki przegląd. Journal of Pharmacy Research, 7, 792–797.
2. Lincoln, L. i More, S. (2017). Inwertazy bakteryjne: występowanie, produkcja, charakterystyka biochemiczna i znaczenie transfruktozylacji. Journal of Basic Microbiology, 1–11.
3. Oddo, LP, Piazza, M., & Pulcini, P. (1999). Zainwestuj w miód. Apidologie, 30, 57–65.
4. Roitsch, T. i González, M. (2004). Funkcja i regulacja inwertaz roślinnych: doznania słodkie. TRENDY w zakładzie, 9 (12), 606–613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R. i Sinha, AK (2003). Inwertaza zewnątrzkomórkowa: kluczowy enzym metaboliczny i białko PR. Journal of Experimental Botany, 54 (382), 513–524.
6. Strum, A. (1999). Będziesz inwestować. Podstawowe struktury, funkcje i role w rozwoju roślin i partycjonowaniu sacharozy. Plant Physiology, 121, 1–7.