ІНВЕРТАСА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Інвертази , також відомий як β-фруктофуранозід фруктоолігосахаріди гідролази, глікозільних гідролази ферменту в достатку в природі. Він здатний гідролізувати глікозидну зв’язок між двома моносахаридами, що входять до складу сахарози, утворюючи «перевернуті» цукри глюкозу та фруктозу.

Він присутній у мікроорганізмах, тваринах і рослинах, однак найбільш вивчені ферменти - це рослинне походження, а також бактерії та дріжджі, оскільки вони послужили зразком для багатьох піонерських кінетичних досліджень у галузі ензимології.

Молекулярна структура ферменту інвертази рослини (Джерело: Джавахар Свамінанатан та співробітники МСД в Європейському інституті біоінформатики через Wikimedia Commons)

Інвертаза бере участь у каталітичній реакції, яка дозволяє вивільнити залишки глюкози, які залежно від фізіологічних потреб організму, де вона виражена, можуть бути використані для отримання АТФ та НАДГ. Завдяки цьому можна синтезувати полісахариди, що зберігаються, в різних органелах чи тканинах, серед інших.

Цей тип ферменту також бере участь у контролі диференціювання та розвитку клітин, оскільки вони здатні продукувати моносахариди, які в рослинах також виконують важливі функції в регуляції експресії генів.

Зазвичай вони зустрічаються на шкірці плодів винограду, гороху, рослинах японської груші та вівса. Хоча найбільш комерційно використовувані ферменти - це дріжджі, такі як S. cerevisiae, та певні бактерії.

характеристики

У природі можна зустріти різні форми інвертазів, і це залежить головним чином від організму, який розглядається. Дріжджі, наприклад, мають два типи інвертази: внутрішньоклітинна або цитозольна і позаклітинна або периплазматична (між клітинною стінкою і плазматичною мембраною).

У бактерій інвертази функціонують при гідролізі сахарози, але стикаючись з високими концентраціями цього субстрату, вони також виявляють активність фруктозилтрансферази, оскільки вони здатні переносити фруктозильні залишки до сахарози дисахариду.

Оскільки ці ферменти можуть працювати в дуже широких діапазонах рН, деякі автори запропонували їх класифікувати як:

- Кислотні (pH між 4,5 і 5,5)

- Нейтральні (pH близький до 7)

- Лужна (рН між 6,5 і 8,0).

Повідомлялося про лужні інвертази у більшості рослин та цианобактерій, тоді як бактерії мають активні інвертази при нейтральному та лужному pH.

Рослинні інвертази

У рослинах є три типи інвертазних ферментів, які розташовані в різних підклітинних відділеннях і мають різні характеристики та біохімічні властивості.

Аналогічно, описані функції кожного типу інвертази різні, оскільки вони, мабуть, "направляють" дисахариди сахарози до певних клітинних шляхів рослини.

Отже, за їх підклітинним розташуванням, інвертази рослинного походження можуть бути:

- вакуолярні інвертази

- Позаклітинні інвертази (у клітинній стінці)

- Цитозольні інвертази.

Вакуолярні інвертази існують у вигляді двох розчинних та кислих ізоформ у просвіті вакуолі, тоді як "позаклітинні" інвертази - це білки периферичної мембрани, пов'язані з мембраною плазми через іонні взаємодії.

Оскільки як вакуолярні, так і позаклітинні інвертази каталізують гідроліз сахарози, починаючи з залишку фруктози, вони отримали назву β-фруктофуранозидази і було показано, що вони також діють на інші олігосахариди, що містять залишки β-фруктози, тобто вони не конкретні.

Іншим типом інвертази рослин є цитозольні інвертази, які також існують у вигляді двох нейтральних / лужних ізоформ. Вони специфічні для сахарози і не були вивчені так добре, як інші.

Будова

Більшість описаних досі інвертазів мають димерні та навіть мультимерні форми. Єдині відомі мономерні інвертази - бактерії, які мають у молекулах від 23 до 92 кДа молекулярну масу.

Вакуолярні та позаклітинні інвертази рослин мають молекулярну вагу від 55 до 70 кДа і більшість є N-глікозильованими. Це справедливо для більшості позаклітинних інвертазів, виявлених у природі, які пов'язані із зовнішньою поверхнею плазматичної мембрани.

Дріжджові ізоферменти мають дещо більшу молекулярну масу, коливаючись від 135 до 270 кДа.

Інші дослідження, проведені з бактеріальними ферментами, також показали, що ці ферменти мають каталітичний центр, багатий β-складеними структурами.

Особливості

Залежно від організму, де вони експресуються, ферменти інвертази можуть виконувати багато основних функцій, крім транспорту цукрів та гідролізу сахарози до її складових моносахаридів. Однак найбільш рецензовані природні функції - від рослин.

Метаболічні функції інвертаз у рослин

Сахароза, яка є субстратом для ферменту інвертази, є одним із цукрів, який виробляється в рослинах під час фотосинтезу, після чого вуглекислий газ зменшується в присутності світла для утворення вуглеводів та води.

Ці вуглеводи є основним джерелом енергії та вуглецю в нефосфінтних тканинах рослин і повинні транспортуватися судинно через флоему та з листя, які є основними фотосинтетичними органами.

Залежно від інвертази, залишки глюкози та фруктози, отримані в результаті гідролізу цієї сахарози, спрямовуються в різні метаболічні шляхи, де вони є основним паливом для отримання енергії у вигляді АТФ та зменшення потужності у вигляді НАДГ.

Інші важливі функції у рослин

Крім того, що має вирішальне значення для отримання метаболічної енергії, інвертази рослин беруть участь у контролі осморегуляції та у зростанні та подовженні рослинних клітин.

Це результат підвищення осмотичного тиску, що утворюється при гідролізі сахарози, що генерує дві нові осмотично активні молекули: глюкозу та фруктозу.

Якщо буде зроблений бібліографічний огляд, буде легко переконатися, що інвертазу також відносять функції в захисних механізмах рослин, що відносяться до збудників хвороб.

Встановлено, що інвертаза - це зв'язок між деградацією вуглеводів та реакціями на патогени, оскільки цей фермент забезпечує цукри, що підвищують експресію індукованих цукром генів, які, як правило, пов'язані з експресією білків, пов'язаних з збудники хвороб (PR, патогенні).

Промислова експлуатація зворотних мікроорганізмів

З моменту свого відкриття реакція, каталізована інвертазами, промислово експлуатується у багатьох галузях торгівлі, включаючи пивоварню та хлібобулочну промисловість.

У зоні харчування інвертази використовують для приготування желе і джемів, солодощів, рідких начинок або наповнених печивом і шоколадними виробами. Крім того, одним із найпопулярніших застосувань цього є виробництво сиропів, оскільки вони мають більшу вміст цукру, але не схильні до кристалізації.

У фармацевтичній промисловості вони корисні для приготування сиропів від кашлю та таблеток для травлення, а також для синтезу пробіотиків та пребіотиків, дитячих продуктів харчування та кормів для тварин (особливо для великої рогатої худоби та бджіл).

Вони також використовуються в паперовій промисловості, для виготовлення косметики, для виробництва етилового спирту та органічних кислот, таких як молочна кислота та інші. Інвертази рослинного походження також використовуються для синтезу природних каучуків.

Список літератури

1. Kulshrestha, S., Tiagi, P., Sindhi, V., & Sharma, K. (2013). Інвертаза та його застосування - короткий огляд. Journal of Pharmacy Research, 7, 792–797.
2. Lincoln, L., & More, S. (2017). Бактеріальні інвертази: виникнення, продукція, біохімічна характеристика та значення трансфруктозиляції. Журнал основної мікробіології, 1–11.
3. Oddo, LP, Piazza, M., & Pulcini, P. (1999). Інвестуйте діяльність у мед. Апідологія, 30, 57–65.
4. Roitsch, T., & González, M. (2004). Функціонування та регулювання рослинних інвертазів: солодкі відчуття. ТЕНДЕНЦІЇ в заводі, 9 (12), 606–613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R., & Sinha, AK (2003). Позаклітинна інвертаза: ключовий метаболічний фермент та PR-білок. Журнал експериментальної ботаніки, 54 (382), 513–524.
6. Струм, А. (1999). Ви вкладете гроші. Первинні структури, функції та ролі в розвитку рослин та розподілі цукрози. Фізіологія рослин, 121, 1–7.