INVERTASA: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Invertazo , znan tudi kot β-fruktofuranozid frukto hidrolaze, glikozil hidrolaznega encima, bogat v naravi. Sposobna je hidrolizirati glikozidno vez med obema monosaharidoma, ki sestavljata saharozo, pri čemer nastajata "obrnjena" sladkorja glukoza in fruktoza.

Prisotna je v mikroorganizmih, živalih in rastlinah, vendar so najbolj preučeni encimi rastlinskega izvora in tisti iz bakterij in kvasovk, saj so bili vzor mnogih pionirskih kinetičnih raziskav na področju encimologije.

Molekularna zgradba rastlinskega encima Invertaza (Vir: Jawahar Swaminathan in osebje MSD na Evropskem inštitutu za bioinformatiko prek Wikimedia Commons)

Invertaza sodeluje v katalitični reakciji, ki omogoča sproščanje ostankov glukoze, ki jih lahko, odvisno od fizioloških potreb organizma, kjer je izražena, uporabimo za pridobivanje ATP in NADH. S tem je med drugim možno sintetizirati shranjevalne polisaharide v različnih organelih ali tkivih.

Ta vrsta encima sodeluje tudi pri nadzoru diferenciacije in razvoja celic, saj so sposobni proizvajati monosaharide, ki imajo pri rastlinah tudi pomembne funkcije pri uravnavanju genske ekspresije.

Običajno jih najdemo na kožicah vinske trte, graha, rastlin japonske hruške in ovsa. Čeprav so najbolj tržno izkoriščeni encimi, so tisti kvasovke, kot je S. cerevisiae, in tisti iz nekaterih vrst bakterij.

značilnosti

V naravi lahko najdemo različne oblike invertaz in je to odvisno predvsem od organizma, ki se ga obravnava. Kvas ima na primer dve vrsti invertaze: medcelično ali citosolno ter zunajcelično ali periplazmično (med celično steno in plazemsko membrano).

Pri bakterijah invertaze delujejo pri hidrolizi saharoze, vendar, ko se soočajo z visokimi koncentracijami tega substrata, kažejo tudi aktivnost fruktoziltransferaze, saj so sposobne prenašati ostanke fruktozila v saharino disaharid.

Ker lahko ti encimi delujejo v zelo širokem območju pH, so nekateri avtorji predlagali, da jih lahko uvrstimo med:

- kisla (pH med 4,5 in 5,5)

- nevtralni (pH blizu 7)

- alkalna (pH med 6,5 in 8,0).

Pri večini rastlin in cianobakterij so poročali o alkalnih invertazah, medtem ko imajo bakterije aktivne invertaze pri nevtralnem in alkalnem pH.

Zelenjavne invertaze

V rastlinah obstajajo tri vrste invertaznih encimov, ki se nahajajo v različnih podceličnih oddelkih in imajo različne značilnosti in biokemične lastnosti.

Prav tako so funkcije vsake opisane vrste invertaze različne, saj očitno "disaharide saharoze" usmerjajo v posebne celične poti rastline.

Invertaze rastlinskega izvora so glede na njihovo podcelično lokacijo lahko:

- Vakuolarne invertaze

- zunajcelične invertaze (v celični steni)

- Citosolne invertaze.

Vakuolarne invertaze obstajajo kot dve topni in kisli izoformi v lumu vakuole, medtem ko so "zunajcelične" invertaze periferne membranske beljakovine, povezane s plazemsko membrano z ionskimi interakcijami.

Ker tako vakuolarna kot zunajcelična invertaza katalizirata hidrolizo saharoze, začenši z ostanki fruktoze, se ti imenujejo β-fruktofuranosidaze in pokazalo se je, da delujejo tudi na druge oligosaharide, ki vsebujejo ostanke β-fruktoze, to je niso specifični.

Druga vrsta rastlinskih invertaz so citosolne invertaze, ki obstajajo tudi kot dve nevtralni / alkalni izoformi. Ti so specifični za saharozo in niso bili tako dobro raziskani kot ostala dva.

Struktura

Večina doslej opisanih invertaz ima dimerno in celo multimerno obliko. Edine poznane monomerne invertaze so bakterije in imajo v teh organizmih med 23 in 92 kDa molekulsko maso.

Vakuolarne in zunajcelične invertaze rastlin imajo molekulske mase med 55 in 70 kDa, večina pa je N-glikozilirana. To velja za večino zunajceličnih invertaz, ki jih najdemo v naravi in ​​so povezane z zunanjo stranjo plazemske membrane.

Izoencimi kvasovk imajo nekoliko večjo molekulsko maso, od 135 do 270 kDa.

Druge študije, opravljene z bakterijskimi encimi, so prav tako pokazale, da imajo ti encimi katalitično središče, bogato z β zvitimi strukturami.

Lastnosti

Invertazni encimi lahko odvisno od organizma, v katerem so izraženi, poleg transporta sladkorjev in hidrolize saharoze do njenih sestavnih monosaharidov izpolnjujejo številne temeljne funkcije. Vendar so najbolj pregledane naravne funkcije iz rastlin.

Presnovne funkcije invertaz v rastlinah

Saharoza, ki je substrat za encim invertaza, je eden od sladkorjev, ki nastajajo v rastlinah med fotosintezo, po katerem se ob prisotnosti svetlobe ogljikov dioksid zmanjša, da nastanejo ogljikovi hidrati in voda.

Ti ogljikovi hidrati so glavni vir energije in ogljika v nefosintetičnih rastlinskih tkivih in jih je treba transportirati vaskularno skozi phloem in iz listov, ki so glavni fotosintetski organi.

Odvisno od vpletene invertaze se ostanki glukoze in fruktoze, dobljeni s hidrolizo te saharoze, usmerijo v različne presnovne poti, kjer so bistveno gorivo za proizvodnjo energije v obliki ATP in zmanjšanje moči v obliki NADH.

Druge pomembne funkcije v rastlinah

Rastlinske invertaze poleg tega, da so ključne za pridobivanje metabolične energije, sodelujejo tudi pri nadzoru osmoregulacije ter pri rasti in raztezku rastlinskih celic.

To je posledica povečanja osmotskega tlaka, ustvarjenega s hidrolizo saharoze, ki ustvarja dve novi osmotsko aktivni molekuli: glukozo in fruktozo.

Če bo narejen bibliografski pregled, bo enostavno preveriti, ali se invertazi pripisujejo tudi funkcije v obrambnih mehanizmih rastlin, povezanih s patogeni.

Ugotovljeno je bilo, da je invertaza povezava med razgradnjo ogljikovih hidratov in odzivi na patogene, saj ta encim zagotavlja sladkorje, ki povečajo izražanje genov, ki jih lahko inducirajo sladkor, in ki so običajno povezani z izražanjem beljakovin, povezanih z patogeni (PR, Patogeni).

Industrijsko izkoriščanje mikroorganizmov invertaz

Od odkritja je bila reakcija, ki jo katalizirajo invertaze, industrijsko izkoriščena v številnih trgovinskih panogah, vključno s pivovarno in pekarsko industrijo.

Na območju hrane se invertaze uporabljajo za pripravo želejev in džemov, sladkarij, tekočih prelivov ali polnjene s piškoti in čokolado. Poleg tega je ena izmed njegovih najbolj priljubljenih aplikacij izdelava sirupov, saj imajo ti višjo vsebnost sladkorja, vendar niso dovzetni za kristalizacijo.

V farmacevtski industriji so uporabni za pripravo sirupov proti kašlju in prebavnih tabletah, pa tudi za sintezo probiotikov in prebiotikov, otroške hrane in formulacij krme za živali (zlasti za govedo in čebele).

Uporabljali so jih tudi v papirni industriji, za proizvodnjo kozmetike, za proizvodnjo etilnega alkohola in organskih kislin, kot so mlečna kislina in druge. Invertaze rastlinskega izvora se izkoriščajo tudi za sintezo naravnih gum.

Reference

1. Kulshrestha, S., Tyagi, P., Sindhi, V., & Sharma, K. (2013). Invertase in njegove aplikacije - kratek pregled. Journal of Pharmacy Research, 7, 792–797.
2. Lincoln, L., & More, S. (2017). Bakterijske invertaze: Pojav, proizvodnja, biokemijska karakterizacija in pomen transfruktozilacije. Časopis za osnovno mikrobiologijo, 1–11.
3. Oddo, LP, Piazza, M., & Pulcini, P. (1999). Naložite dejavnost v med. Apidologie, 30, 57–65.
4. Roitsch, T., & González, M. (2004). Delovanje in regulacija rastlinskih invertaz: sladki občutki. TRENDI v rastlini, 9 (12), 606–613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R., in Sinha, AK (2003). Zunajcelična invertaza: ključni presnovni encim in PR protein. Journal of Experimental Botany, 54 (382), 513–524.
6. Strum, A. (1999). Vložili boste. Primarne strukture, funkcije in vloge v razvoju rastlin in razdelitvi saharoze. Fiziologija rastlin, 121, 1–7.