INVERTASA: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Invertázy , tiež známy ako β-fruktofuranosidu frukto hydrolázy, glykozylové hydrolázy enzýmu vyskytujúce sa v prírode. Je schopný hydrolyzovať glykozidovú väzbu medzi dvoma monosacharidmi, ktoré tvoria sacharózu, za vzniku "invertovanej" cukrov, glukózy a fruktózy.

Vyskytuje sa v mikroorganizmoch, zvieratách a rastlinách, avšak najviac študovanými enzýmami sú enzýmy rastlinného pôvodu a enzýmy baktérií a kvasiniek, pretože slúžili ako model pre mnohé priekopnícke kinetické štúdie v oblasti enzymológie.

Molekulárna štruktúra rastlinného invertázového enzýmu (Zdroj: Zamestnanci Jawahar Swaminathan a MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku prostredníctvom Wikimedia Commons)

Invertáza sa podieľa na katalytickej reakcii, ktorá umožňuje uvoľňovanie zvyškov glukózy, ktoré sa v závislosti od fyziologických potrieb organizmu, v ktorom sa exprimuje, môžu použiť na získanie ATP a NADH. S týmto je možné syntetizovať okrem iného úložné polysacharidy v rôznych organelách alebo tkanivách.

Tento typ enzýmu sa tiež podieľa na kontrole diferenciácie a vývoja buniek, pretože sú schopné produkovať monosacharidy, ktoré majú v rastlinách tiež dôležité funkcie pri regulácii génovej expresie.

Zvyčajne sa nachádzajú na koži viniča, hrachu, rastlín hrušiek a ovsa. Najbežnejšie využívanými enzýmami sú enzýmy z kvasiniek, ako je S. cerevisiae a enzýmov určitých druhov baktérií.

vlastnosti

V prírode je možné nájsť rôzne formy invertáz, čo závisí hlavne od organizmu, ktorý sa zvažuje. Kvasinky majú napríklad dva typy invertázy: intracelulárnu alebo cytosolickú a extracelulárnu alebo periplazmatickú (medzi bunkovou stenou a plazmatickou membránou).

V baktériách invertázy fungujú pri hydrolýze sacharózy, ale pri vysokých koncentráciách tohto substrátu vykazujú tiež fruktozyltransferázovú aktivitu, pretože sú schopné prenášať fruktozylové zvyšky na disacharidovú sacharózu.

Pretože tieto enzýmy môžu pôsobiť vo veľmi širokom rozmedzí pH, niektorí autori navrhli, aby boli klasifikované ako:

- Kyslé (pH medzi 4,5 a 5,5)

- Neutrálne látky (pH blízko 7)

- Alkalický (pH medzi 6,5 a 8,0).

Alkalické invertázy boli hlásené u väčšiny rastlín a cyanobaktérií, zatiaľ čo baktérie majú aktívne invertázy pri neutrálnom a zásaditom pH.

Rastlinné invertázy

V rastlinách existujú tri typy invertázových enzýmov, ktoré sa nachádzajú v rôznych subcelulárnych kompartmentoch a ktoré majú odlišné vlastnosti a biochemické vlastnosti.

Podobne sú funkcie každého typu opísanej invertázy odlišné, pretože zjavne „nasmerujú“ sacharózu disacharidy na špecifické bunkové dráhy v rastline.

Takže podľa ich subcelulárneho umiestnenia môžu byť invertázy rastlinného pôvodu:

- Vákuové invertázy

- Extracelulárne invertázy (v bunkovej stene)

- Cytosolické invertázy.

Vacuolárne invertázy existujú ako dve rozpustné a kyslé izoformy v lúmene vakuoly, zatiaľ čo „extracelulárne" invertázy sú proteíny periférnej membrány, ktoré sú spojené s plazmatickou membránou prostredníctvom iónových interakcií.

Pretože vakuolárne aj extracelulárne invertázy katalyzujú hydrolýzu sacharózy začínajúcou fruktózovým zvyškom, nazývajú sa ß-fruktofuranosidázy a ukázalo sa, že pôsobia aj na iné oligosacharidy, ktoré obsahujú rezíduá β-fruktózy, to znamená, nie sú špecifické.

Ďalším typom rastlinných invertáz sú cytosolické invertázy, ktoré tiež existujú ako dve neutrálne / alkalické izoformy. Sú špecifické pre sacharózu a neboli tak dobre študované ako ostatné dva.

štruktúra

Väčšina doteraz opísaných invertáz má dimérne a dokonca multimérne formy. Jediné známe monomérne invertázy sú baktérie a v týchto organizmoch majú molekulovú hmotnosť medzi 23 a 92 kDa.

Vákuulárne a extracelulárne invertázy rastlín majú molekulové hmotnosti medzi 55 a 70 kDa a väčšina je N-glykozylovaná. To platí pre väčšinu extracelulárnych invertáz nachádzajúcich sa v prírode, ktoré sú spojené s vonkajšou stranou plazmovej membrány.

Kvasinkové izoenzýmy majú o niečo vyššie molekulové hmotnosti v rozmedzí od 135 do 270 kDa.

Iné štúdie uskutočňované s bakteriálnymi enzýmami tiež ukázali, že tieto enzýmy majú katalytické centrum bohaté na ß-zložené štruktúry.

Vlastnosti

V závislosti od organizmu, v ktorom sú exprimované, môžu invertázové enzýmy plniť okrem transportu cukrov a hydrolýzy sacharózy na svoje monosacharidy aj mnohé základné funkcie. Najhodnotenejšie prírodné funkcie sú však z rastlín.

Metabolické funkcie invertáz v rastlinách

Sacharóza, ktorá je substrátom invertázového enzýmu, je jedným z cukrov, ktoré sa produkujú v rastlinách počas fotosyntézy, po čom sa oxid uhličitý redukuje v prítomnosti svetla za vzniku uhľohydrátov a vody.

Tieto uhľohydráty sú hlavným zdrojom energie a uhlíka v ne fotosyntetických rastlinných tkanivách a musia sa transportovať vaskulárne cez kvet a z listov, ktoré sú hlavnými fotosyntetickými orgánmi.

V závislosti od použitej invertázy sú zvyšky glukózy a fruktózy získané hydrolýzou tejto sacharózy smerované do rôznych metabolických ciest, kde sú základným palivom na výrobu energie vo forme ATP a na zníženie energie vo forme NADH.

Ďalšie dôležité funkcie v rastlinách

Rastlinné invertázy sa okrem toho, že sú rozhodujúce pre získavanie metabolickej energie, podieľajú na kontrole osmoregulácie a na raste a predlžovaní rastlinných buniek.

Je to dôsledok zvýšenia osmotického tlaku vyvolaného hydrolýzou sacharózy, ktorá vytvára dve nové osmoticky aktívne molekuly: glukózu a fruktózu.

Ak sa urobí bibliografický prehľad, bude ľahké overiť, či je invertáza tiež funkciou v obranných mechanizmoch rastlín súvisiacich s patogénmi.

Zistilo sa, že invertáza je spojenie medzi degradáciou uhľohydrátov a odpoveďami na patogény, pretože tento enzým poskytuje cukry, ktoré zvyšujú expresiu génov indukovateľných cukrom, ktoré zvyčajne súvisia s expresiou proteínov súvisiacich s patogény (PR, súvisiace s patogénom).

Priemyselné využívanie invertáz mikroorganizmov

Od svojho objavu sa reakcia katalyzovaná invertázami priemyselne využíva v mnohých odvetviach obchodu vrátane pivovarníckeho a pekárskeho priemyslu.

V oblasti potravín sa invertázy používajú na prípravu želé a džemov, cukroviniek, tekutých zálievok alebo plnené sušienkami a čokoládou. Okrem toho je jednou z najpopulárnejších aplikácií výroba sirupov, pretože tieto majú vyšší obsah cukru, ale nie sú náchylné na kryštalizáciu.

Vo farmaceutickom priemysle sú užitočné na prípravu sirupov proti kašľu a tabliet na podporu trávenia, ako aj na syntézu probiotík a prebiotík, detskej výživy a krmív pre zvieratá (najmä pre hovädzí dobytok a včely).

Používajú sa tiež v papierenskom priemysle, na výrobu kozmetiky, na výrobu etylalkoholu a organických kyselín, ako je kyselina mliečna a ďalšie. Invertázy rastlinného pôvodu sa tiež využívajú na syntézu prírodných kaučukov.

Referencie

1. Kulshrestha, S., Tyagi, P., Sindhi, V. a Sharma, K. (2013). Invertáza a jej aplikácie - Stručný prehľad. Journal of Pharmacy Research, 7, 792 - 797.
2. Lincoln, L., & More, S. (2017). Bakteriálne invertázy: Výskyt, produkcia, biochemická charakterizácia a význam transfruktozylácie. Journal of Basic Microbiology, 1-11.
3. Oddo, LP, Piazza, M. & Pulcini, P. (1999). Investujte do medu. Apidologie, 30, 57 - 65.
4. Roitsch, T., & González, M. (2004). Funkcia a regulácia invertáz rastlín: sladké pocity. TRENDS in Plant, 9 (12), 606 - 613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R., & Sinha, AK (2003). Extracelulárna invertáza: kľúčový metabolický enzým a PR proteín. Journal of Experimental Botany, 54 (382), 513 - 524.
6. Strum, A. (1999). Budete investovať. Primárne štruktúry, funkcie a úlohy pri vývoji rastlín a rozdelení sacharózy. Plant Physiology, 121, 1-7.