Сахарази , також відомі як сахарази-ізомальтаза комплекс являє собою комплекс мембрани з ферментативної активністю α-глікозілазная , що належать до групи з дитинства інтегралів гидролаз (глікозідази і пептідаза складаються).
Він присутній в кишкових мікроворсинках багатьох наземних тварин, таких як ссавці, птахи, плазуни. За різними бібліографічними джерелами, іншими прийнятими назвами цього ферменту є оліго-1,6-глюкозидаза, α-метил глюкозидаза, ізомальтаза та олігосахарид α-1,6-глюкозидаза.
Графічне зображення механізму дії сукрази (Джерело: NuFS, Університет Сан-Хосе через Wikimedia Commons)
Це фермент з активністю, подібною до інвертази, що міститься в рослинах і мікроорганізмах. Основна його функція - гідролізація глікозидної зв'язку між моносахаридами (глюкозою та фруктозою), що входять до складу сахарози, що потрапляє разом із їжею.
Він має дуже важливі функції травлення, оскільки сахароза не може транспортуватися як дисахарид у клітини кишечника, а отже, її гідроліз дозволяє всмоктувати кишечником складові моносахариди.
Синтез та активність сукрази-ізомальтази в клітинах кишечника тварин регулюється на багатьох рівнях: під час транскрипції та трансляції, під час глікозилювання, а також під час їх посттрансляційної обробки.
Коли будь-який з цих подій не вдається або в гені, який його кодує, відбувається якийсь тип мутації, у людини виникає патологічний стан, відомий як синдром дефіциту сахарози, який пов'язаний з неможливістю метаболізувати дисахариди.
характеристики
Дисахариди, які служать субстратом для сукрази у ссавців, як правило, є продуктом гідролітичної активності ферментів слинної та панкреатичної α-амілази. Це пояснюється тим, що сукраза не тільки гідролізує глікозидні зв’язки сахарози, але й зв'язки α-1,4 мальтози та мальтотріози та інших олігосахаридів.
Період його періоду напіввиведення коливається в межах від 4 до 16 годин, тому клітини кишечника вкладають багато енергії в цикли синтезу та деградації сукрази, щоб підтримувати свою активність на відносно постійних рівнях.
Синтез
Як і більшість інтегральних гідролазних ферментів, сукраза (сукраза-ізомальтаза або СІ) являє собою глікопротеїн, що синтезується в клітинах кордону кистей як поліпептид-попередник, позначений про-SI.
Ця молекула-попередник транспортується до апікальної поверхні клітин і там ферментативно обробляється панкреатичними протеазами, які ділять її на дві різні субодиниці: субодиниця ізомальтази та сукраза субодиниця.
Субодиниця ізомальтази відповідає амінотермінальному кінці про-SI і має гідрофобний сегмент (гідрофобний якор) на своєму N-кінцевому кінці. Це дозволяє йому зв'язуватися з плазматичною мембраною межових клітин кишкової кисті.
Ген, що кодує цей комплекс у людини, розташований на довгій руці хромосоми 3, і зважаючи на велику гомологію послідовності між обома субодиницями (понад 40%), можна припустити, що цей фермент виник внаслідок генетичного дублювання.
Показано, що обидві субодиниці, ізомальтаза та сукраза, здатні гідролізувати мальтозу та інші α-глюкопіранозиди, завдяки чому цей димер є важливим білком у перетравленні вуглеводів.
Будова
Початкова форма ферменту сукрази, поліпептиду pro-SI, становить приблизно 260 кДа та 1827 амінокислот. Однак протеолітична активність панкреатичних протеаз продукує дві субодиниці по 140 кДа і 120 кДа, що представляють ізомальтазу і сукразу відповідно.
Цей фермент є глікопротеїном з N- та O-глікозильованими сахаридними частинами, і його дослідження послідовності виявляють наявність більш ніж 19 сайтів глікозилювання. Частини вуглеводів складають більше 15% ваги білка і по суті складаються з сіалової кислоти, галактозаміну, маннози та N-ацетилглюкозаміну.
Оскільки дві субодиниці комплексу сукраза-ізомальтаза не зовсім однакові, багато авторів вважають, що цей фермент насправді є гетеродимером, де кожна субодиниця складається з лінійної глікозильованої поліпептидної ланцюга, яка асоціюється через нековалентні зв’язки.
Субодиниця ізомальтази має гідрофобний сегмент з 20 амінокислотних залишків, які беруть участь у її зв'язці з мембраною ентероцитів (кишкових клітин) і являють собою постійний якір та пептидний сигнал для націлювання на ендоплазматичний ретикулум.
Активна ділянка обох субодиниць, сукрази та ізомальтази, знаходиться в плазматичній мембрані ентероцитів, що виступає в просвіт кишечника.
Особливості
Основні метаболічні функції ферментів, таких як сукраза-ізомальтаза, пов'язані з виробництвом глюкози та фруктози із сахарози. Моносахариди, які транспортуються в клітини кишечника і які включаються в різні метаболічні шляхи для різних цілей.
Механізм дії сукарази-ізомальтази у ссавців (Джерело: Areid3 через Wikimedia Commons)
Глюкоза, для якої є специфічні транспортери, може бути спрямована внутрішньоклітинно у бік гліколізу, наприклад, коли її окислення призводить до виробництва енергії у вигляді АТФ та зменшення потужності у вигляді НАДГ.
З іншого боку, фруктозу також можна метаболізувати за допомогою низки реакцій, починаючи з її фосфорилювання до фруктози 1-фосфату і каталізуючи печінковою фруктокіназою. Це починає включення цього субстрату до інших шляхів виробництва енергії.
Крім того, як і фермент інвертази в рослинах, активність сукрази-ізомальтази має важливий вплив на клітинні аспекти, такі як осмотичний тиск, який зазвичай обумовлює фізіологічні події, такі як ріст, розвиток, транспорт молекул та ін.
Супутні захворювання у людини
У людини є вроджена аутосомна хвороба, відома як дефіцит сукрази-ізомальтази або CSID (вроджена дефіцит цукрози-ізомальтази), яка пов’язана з дефектами травлення осмотично активних оліго- та дизахаридів.
Це захворювання пов'язане з декількома одночасними факторами, серед яких виявлено неправильну обробку про-SI-попередника форми ферменту, генетичні мутації, помилки під час транспортування тощо.
Цей стан важко діагностувати, його часто плутають з непереносимістю лактози. Тому він також відомий як "непереносимість сахарози".
Він характеризується розвитком спазмів у животі, діареєю, блювотою, головними болями, що супроводжуються гіпоглікемією, відсутністю росту та набору ваги, занепокоєнням та надмірним виробленням газу.
Список літератури
- Brunner, J., Hauser, H., Braun, H., Wilson, K., Wecker, W., O'Neill, B., & Semenza, G. (1979). Режим асоціації ферментного комплексу Сукраза-Ізомальтаза з межовою мембраною кишкової кисті. Журнал біологічної хімії, 254 (6), 1821–1828.
- Cowell, G., Tranum-Jensen, J., Sjöström, H., & Norén, O. (1986). Топологія та четвертинна структура про-сукрази / ізомальтази та остаточної форми сукрази / ізомальтази. Біохімічний журнал, 237, 455-461.
- Hauser, H., & Semenza, G. (1983). Сукраза-Ізомальтаза: Стійкий внутрішній білок межової мембрани кисті. Критичні огляди у Bioch, 14 (4), 319–345.
- Hunziker, W., Spiess, M., Semenza, G., & Lodish, HF (1986). Комплекс Сукраза-сосомальтази: первинна структура, орієнтація на мембрану та еволюція прикордонного білка кисті, що знаходиться у стеблі. Сот., 46, 227-234.
- Naim, HY, Roth, J., Sterchi, EE, Lentze, M., Milla, P., Schmitz, J., & Hauril, H. (1988). Дефіцит сукраза-ізомальтази у людей. J. Clin. Інвестуйте. , 82, 667-679.
- Rodriguez, IR, Taravel, FR, & Whelan, WJ (1984). Характеристика та функція кишкової сукрази-ізомальтази свиней та її окремих субодиниць. Є. Дж. Біохім. , 143, 575-582.
- Schiweck, H., Clarke, M., & Pollach, G. (2012). Цукор. В Енциклопедії промислової хімії Уллмана (т. 34, стор. 72). KGaA Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.
- Treem, W. (1995). Вроджений дефіцит сукраза-ізомальтази. Журнал дитячої гастроентерології та харчування, 21, 1–14.