Sacharazy , znany również jako kompleks sacharazy-izomaltazy jest membraną złożoną z aktywnością enzymatyczną, α-glikozylaza należący do grupy hydrolaz całki (glikozydazy i peptydazy składa).
Występuje w mikrokosmkach jelitowych wielu zwierząt lądowych, takich jak ssaki, ptaki i gady. Według różnych źródeł bibliograficznych, inne akceptowane nazwy tego enzymu to oligo-1,6-glukozydaza, α-metyloglukozydaza, izomaltaza i oligosacharyd α-1,6-glukozydaza.
Graficzne przedstawienie mechanizmu działania sacharazy (źródło: NuFS, San Jose State University za pośrednictwem Wikimedia Commons)
Jest to enzym o aktywności zbliżonej do inwertazy występującej w roślinach i mikroorganizmach. Jego podstawową funkcją jest hydroliza wiązania glikozydowego między cukrami prostymi (glukozą i fruktozą), które tworzą sacharozę spożywaną z pożywieniem.
Pełni bardzo ważne funkcje trawienne, ponieważ sacharoza nie może być transportowana w postaci disacharydu do komórek jelitowych, a zatem jej hydroliza umożliwia jelitowe wchłanianie wchodzących w jej skład cukrów prostych.
Synteza i aktywność sacharazy-izomaltazy w komórkach jelit zwierząt jest regulowana na wielu poziomach: podczas transkrypcji i translacji, podczas glikozylacji, a także podczas ich przetwarzania potranslacyjnego.
Kiedy którekolwiek z tych zdarzeń zawodzi lub w genie, który go koduje, wystąpi jakiś rodzaj mutacji, u ludzi pojawia się stan patologiczny znany jako zespół niedoboru sacharozy, który jest związany z niezdolnością metabolizowania disacharydów.
cechy
Disacharydy, które służą jako substraty sacharazy u ssaków, są zwykle produktem hydrolitycznej aktywności enzymów α-amylazy ślinowej i trzustkowej. Dzieje się tak, ponieważ sacharaza nie tylko hydrolizuje wiązania glikozydowe sacharozy, ale także wiązania α-1,4 maltozy i maltotriozy oraz innych oligosacharydów.
Jego okres półtrwania waha się od 4 do 16 godzin, więc komórki jelitowe inwestują dużo energii w cykle syntezy i degradacji sacharazy, aby utrzymać jej aktywność na stosunkowo stałym poziomie.
Synteza
Podobnie jak większość integralnych enzymów hydrolazowych, sacharaza (sacharaza-izomaltaza lub SI) jest glikoproteiną syntetyzowaną w komórkach rąbka szczoteczkowego jako polipeptyd prekursorowy oznaczony jako pro-SI.
Ta cząsteczka prekursora jest transportowana na szczytową powierzchnię komórek i tam jest przetwarzana enzymatycznie przez proteazy trzustki, które dzielą ją na dwie różne podjednostki: podjednostkę izomaltazy i podjednostkę sacharazy.
Podjednostka izomaltazy odpowiada końcowi aminowemu pro-SI i ma odcinek hydrofobowy (kotwica hydrofobowa) na swoim N-końcu. Pozwala to na łączenie się z błoną plazmatyczną jelitowych komórek rąbka szczoteczkowego.
Gen kodujący ten kompleks u ludzi znajduje się na długim ramieniu chromosomu 3, a biorąc pod uwagę dużą homologię sekwencji między obiema podjednostkami (ponad 40%), zasugerowano, że enzym ten powstał w wyniku duplikacji genetycznej.
Wykazano, że obie podjednostki, izomaltaza i sacharaza, są zdolne do hydrolizy maltozy i innych α-glukopiranozydów, czyniąc ten dimer ważnym białkiem w trawieniu węglowodanów.
Struktura
Początkowa forma enzymu sacharazy, polipeptydu pro-SI, ma około 260 kDa i 1827 aminokwasów. Jednak aktywność proteolityczna proteaz trzustkowych prowadzi do powstania dwóch podjednostek o masie 140 kDa i 120 kDa, reprezentujących odpowiednio izomaltazy i sacharazę.
Enzym ten jest glikoproteiną z N- i O-glikozylowanymi częściami sacharydowymi, a badania jego sekwencji ujawniają obecność ponad 19 miejsc glikozylacji. Części węglowodanowe stanowią więcej niż 15% masy białka i składają się zasadniczo z kwasu sialowego, galaktozaminy, mannozy i N-acetyloglukozaminy.
Ponieważ dwie podjednostki kompleksu sacharaza-izomaltaza nie są dokładnie takie same, wielu autorów uważa, że enzym ten jest w rzeczywistości heterodimerem, w którym każda podjednostka składa się z glikozylowanego liniowego łańcucha polipeptydowego, który łączy się wiązaniami niekowalencyjnymi.
Podjednostka izomaltazy ma hydrofobowy segment składający się z 20 reszt aminokwasowych, które są zaangażowane w jej połączenie z błoną enterocytów (komórek jelitowych) i które reprezentują trwałą kotwicę i sygnał peptydowy skierowany do retikulum endoplazmatycznego.
Miejsce aktywne obu podjednostek, sacharazy i izomaltazy, znajduje się w błonie komórkowej enterocytów, wystającej do światła jelita.
cechy
Główne funkcje metaboliczne enzymów, takich jak sacharaza-izomaltaza, są związane z produkcją glukozy i fruktozy z sacharozy. Monosacharydy, które są transportowane do komórek jelitowych i które są włączane do różnych szlaków metabolicznych w różnych celach.
Mechanizm działania sacharazy-izomaltazy u ssaków (źródło: Areid3 za Wikimedia Commons)
Glukoza, dla której istnieją specyficzne transportery, może być skierowana wewnątrzkomórkowo w kierunku glikolizy, na przykład, gdzie jej utlenianie prowadzi do produkcji energii w postaci ATP i redukcji mocy w postaci NADH.
Z drugiej strony fruktoza może być również metabolizowana w szeregu reakcji, które rozpoczynają się od fosforylacji do fruktozo-1-fosforanu i są katalizowane przez fruktokinazę wątrobową. Rozpoczyna to włączanie tego substratu do innych dróg produkcji energii.
Ponadto, podobnie jak w przypadku enzymu inwertazy w roślinach, aktywność sacharazy-izomaltazy ma ważne implikacje w aspektach komórkowych, takich jak ciśnienie osmotyczne, które zwykle warunkuje zdarzenia fizjologiczne, takie jak wzrost, rozwój, transport cząsteczek i inne.
Powiązane choroby u ludzi
U ludzi występuje wrodzona choroba autosomalna zwana niedoborem sacharazy-izomaltazy lub CSID (wrodzony niedobór sacharazy-izomaltazy), która jest związana z zaburzeniami w trawieniu osmotycznie aktywnych oligo- i disacharydów.
Choroba ta wiąże się z kilkoma równoczesnymi czynnikami, wśród których zidentyfikowano nieprawidłowe przetwarzanie formy prekursora pro-SI enzymu, mutacje genetyczne, błędy podczas transportu itp.
Ten stan jest trudny do zdiagnozowania, często mylony jest z nietolerancją laktozy. Dlatego jest również znany jako „nietolerancja sacharozy”.
Charakteryzuje się występowaniem skurczów brzucha, biegunką, wymiotami, bólami głowy z towarzyszącą hipoglikemią, brakiem wzrostu i przyrostem masy ciała, niepokojem i nadmierną produkcją gazów.
Bibliografia
- Brunner, J., Hauser, H., Braun, H., Wilson, K., Wecker, W., O'Neill, B., & Semenza, G. (1979). Sposób asocjacji kompleksu enzymatycznego sacharazy-izomaltazy z jelitową błoną szczoteczkową. The Journal of Biological Chemistry, 254 (6), 1821–1828.
- Cowell, G., Tranum-Jensen, J., Sjöström, H., & Norén, O. (1986). Topologia i czwartorzędowa struktura pro-sacharazy / izomaltazy i ostatecznej postaci sacharazy / izomaltazy. Biochemical Journal, 237, 455-461.
- Hauser, H., & Semenza, G. (1983). Sacharaza-izomaltaza: prześladowane wewnętrzne białko błony brzegowej szczoteczki. Critical Reviews in Bioch, 14 (4), 319–345.
- Hunziker, W., Spiess, M., Semenza, G. i Lodish, HF (1986). Kompleks sacharazy-lsomaltazy: struktura pierwotna, orientacja błony i ewolucja prześladowanego, wewnętrznego białka obramowania szczoteczki. Celi, 46, 227-234.
- Naim, HY, Roth, J., Sterchi, EE, Lentze, M., Milla, P., Schmitz, J., & Hauril, H. (1988). Niedobór sacharazy i izomaltazy u ludzi. J. Clin. Inwestować. 82, 667-679.
- Rodriguez, IR, Taravel, FR i Whelan, WJ (1984). Charakterystyka i funkcja jelitowej sacharazy-izomaltazy wieprzowej i jej oddzielnych podjednostek. Eur J. Biochem. , 143, 575-582.
- Schiweck, H., Clarke, M. i Pollach, G. (2012). Cukier. W Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (tom 34, s. 72). Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
- Treem, W. (1995). Wrodzony niedobór sacharazy i izomaltazy. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 21, 1–14.