INVERTASA: JELLEMZŐK, FELÉPÍTÉS, FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

Az invertáz, más néven β-fruktofuranozid frukto-hidroláz, a természetben gazdag glikozil-hidroláz enzim. Képesek a szacharózt alkotó két monoszacharid közötti glikozid-kötés hidrolízisére, előállítva a "fordított" cukrokat glükózt és fruktózt.

Ez jelen van a mikroorganizmusokban, állatokban és növényekben, azonban a legtöbb tanulmányozott növényi eredetű enzim, valamint a baktériumok és élesztők enzimei vannak, mivel ezek az enzimológia területén számos úttörő kinetikai vizsgálat modelljévé váltak.

A növényi invertáz enzim molekuláris szerkezete (Forrás: Jawahar Swaminathan és az MSD munkatársai az Európai Bioinformatikai Intézetben a Wikimedia Commonn keresztül)

Az invertáz részt vesz egy olyan katalitikus reakcióban, amely lehetővé teszi olyan glükózmaradványok felszabadulását, amelyek felhasználhatók az ATP és NADH előállításához, annak a szervezetnek a fiziológiai szükségleteitől függően, amelyben expresszálódik. Ezzel lehetővé válik a tároló poliszacharidok szintetizálása többek között a különböző organellákban vagy szövetekben.

Az ilyen típusú enzimek szintén részt vesznek a differenciálódás és a sejtek fejlődésének szabályozásában, mivel képesek monoszacharidok előállítására, amelyek növényekben is fontos funkciókat játszanak a gén expresszió szabályozásában.

Ezek jellemzően a szőlő, a borsó, a japán körte növények és a zab bőrén találhatók. Bár a kereskedelemben leginkább kiaknázott enzimek az élesztők, mint például a S. cerevisiae, és bizonyos baktériumtípusok enzimei.

jellemzők

A természetben az invertázok különböző formái megtalálhatók, és ez elsősorban a figyelembe vett szervezettől függ. Az élesztőknek például kétféle invertázuk van: intracelluláris vagy citoszolos és extracelluláris vagy periplazmás (a sejtfal és a plazmamembrán között).

Baktériumokban az invertázok a szacharóz hidrolízisében funkcionálnak, de ha ezen szubsztrát nagy koncentrációjával szembesülnek, akkor ezek szintén fruktoszil-transzferáz-aktivitást mutatnak, mivel képesek a fruktozil-maradékokat átjuttatni a diszacharid-szacharózba.

Mivel ezek az enzimek nagyon széles pH-tartományban működhetnek, néhány szerző javasolta, hogy osztályozzák őket:

- Savas (pH 4,5 és 5,5 között)

- Semleges (pH közel 7)

- Lúgos (pH 6,5 és 8,0 között).

Lúgos invertázokat jelentettek a legtöbb növényben és a cianobaktériumokban, míg a baktériumok aktív invertázokat tartalmaznak semleges és lúgos pH-n.

Növényi invertázok

A növényekben háromféle invertáz enzim létezik, amelyek különböző szubcelluláris kompartmentekben helyezkednek el, és amelyek eltérő tulajdonságokkal és biokémiai tulajdonságokkal rendelkeznek.

Hasonlóképpen, az egyes invertáz típusok funkciói különböznek, mivel látszólag "irányítják" a szacharóz-diszacharidokat a növény specifikus sejtútjaihoz.

Tehát szubcelluláris elhelyezkedésük szerint a növényi eredetű invertumok lehetnek:

- Vákularinverterek

- Extracelluláris invertázok (a sejtfalban)

- Citoszolos invertázok.

A vakuoláris invertázok két oldódó és savas izoform formájában léteznek a vákuum lumenében, míg az "extracelluláris" invertázok perifériás membránfehérjék, amelyek ionos kölcsönhatások révén kapcsolódnak a plazmamembránhoz.

Mivel mind a vakuoláris, mind az extracelluláris invertáz katalizálja a szacharóz hidrolízisét a fruktózmaradékkal kezdve, ezeket β-fruktofuranozidázoknak nevezték, és kimutatták, hogy más β-fruktóz maradékokat tartalmazó oligoszacharidokra is hatnak, azaz nem specifikusak.

A növényi invertázok másik típusa a citoszolos invertázok, amelyek két semleges / lúgos izoformként is léteznek. Ezek specifikusak a szacharózra, és nem vizsgálták meg annyira jól, mint a másik kettőt.

Szerkezet

Az eddig leírt inverterek többségének dimer és akár multimer formái is vannak. Az egyetlen ismert monomer invertáz a baktériumoké, és ezekben a szervezetekben molekulatömegük 23 és 92 kDa között van.

A növények vakuoláris és extracelluláris invertázisainak molekulatömege 55-70 kDa, és a többségük N-glikozilezett. Ez igaz a természetben található extracelluláris inverterek legtöbbjére, amelyek a plazmamembrán külső felületével vannak kapcsolatban.

Az élesztő izoenzimek molekulatömege valamivel magasabb, 135 és 270 kDa közötti.

Más, bakteriális enzimekkel végzett vizsgálatok azt is kimutatták, hogy ezeknek az enzimek katalitikus központja gazdag β-hajtogatott struktúrákban.

Jellemzők

Az invertáz enzimek attól a szervezettől függően, ahol expresszálódnak, számos alapvető funkciót is elláthatnak, a cukrok szállításán és a szacharóz hidrolízisén keresztül alkotó monoszacharidjaikba. A legtöbb vizsgált természetes funkció a növényekből származik.

Az inverterek metabolikus funkciói növényekben

A szacharóz, amely az invertáz enzim szubsztrátja, egyike azoknak a cukroknak, amelyek a növényekben képződnek a fotoszintézis során, ezután fény jelenlétében a szén-dioxid redukálódik, hogy szénhidrátokat és vizet képezzen.

Ezek a szénhidrátok képezik a fő energia- és szénforrást a nem fotoszintetikus növényi szövetekben, és érrendszerben kell azokat átvinni a fülön és a levelektől, amelyek a fő fotoszintézis szervei.

A szóban forgó invertáztól függően ennek a szacharóznak a hidrolíziséből nyert glükóz- és fruktózmaradványok különböző anyagcsere útvonalakba kerülnek, ahol ezek nélkülözhetetlenek az energia előállításához ATP formájában és csökkentik a teljesítményt NADH formájában.

Egyéb fontos funkciók a növényekben

Amellett, hogy alapvető fontosságúak a metabolikus energia megszerzéséhez, a növényi invertázok részt vesznek az ozmoreguláció szabályozásában, valamint a növényi sejtek növekedésében és megnyúlásában.

Ez a szacharóz hidrolízisével az ozmotikus nyomás növekedésének eredménye, amely két új ozmotikusan aktív molekulát generál: glükózt és fruktózt.

Ha bibliográfiai áttekintést készítünk, akkor könnyű ellenőrizni, hogy az invertáznak is vannak-e funkciói a kórokozókkal kapcsolatos növények védekező mechanizmusaiban.

Megállapítást nyert, hogy az invertáz a kapcsolat a szénhidrát-lebomlás és a kórokozókra adott válaszok között, mivel ez az enzim biztosítja azokat a cukrokat, amelyek növelik a cukor által indukálható gének expresszióját, amelyek általában a fehérjék expressziójához kapcsolódnak. kórokozók (PR, Pathogen Related).

A mikroorganizmus inverteinek ipari felhasználása

Felfedezése óta az invertek által katalizált reakciót ipari kereskedelemben használták ki számos kereskedelemben, ideértve a sör- és sütőipart.

Az ételek területén az invertázokat zselék és dzsemek, édességek, folyékony öntetek készítésére, vagy kekszekkel és csokoládékkel való feltöltésére használják. Ezenkívül az egyik legnépszerűbb alkalmazás a szirupok előállítása, mivel ezeknek nagyobb a cukortartalma, de nem hajlamosak kristályosodásra.

A gyógyszeriparban felhasználhatók köhögési szirupok és emésztést segítő tabletták előállítására, valamint probiotikumok és prebiotikumok, bébiételek és állati takarmány-készítmények előállítására (különösen szarvasmarhák és méhek számára).

A papíriparban, kozmetikumok gyártásában, etil-alkohol és szerves savak, például tejsav és más gyártására is felhasználták őket. A növényi eredetű invertákat szintén kihasználják a természetes gumik szintéziséhez.

Irodalom

1. Kulshrestha, S., Tyagi, P., Sindhi, V., és Sharma, K. (2013). Invertáz és alkalmazásai - rövid áttekintés. Journal of Pharmacy Research, 7, 792–777.
2. Lincoln, L. és több, S. (2017). Bakteriális invertázok: A transzfruktosziláció előfordulása, előállítása, biokémiai jellemzése és jelentősége. Journal of Basic Microbiology, 1–11.
3. Oddo, LP, Piazza, M., és Pulcini, P. (1999). Fektessen be tevékenységet a mézbe. Apidologie, 30, 57–65.
4. Roitsch T. és González M. (2004). A növényi invertázok működése és szabályozása: édes érzések. TRENDS in Plant, 9 (12), 606–613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R., és Sinha, AK (2003). Extracelluláris invertáz: kulcsfontosságú metabolikus enzim és PR protein. Journal of Experimental Botany, 54 (382), 513–524.
6. Strum, A. (1999). Ön befektetni fog. Elsődleges struktúrák, funkciók és szerepek a növényfejlesztésben és a szacharóz felosztásban. Plant Physiology, 121, 1–7.