Sacharázy , tiež známy ako sacharázo-izomaltázová komplexu je komplexný membrána s enzymatickou aktivitu α-glykosylázy patriace do skupiny integrálov hydroláz (glykosidázy a peptidázy zložený).
Vyskytuje sa v črevných mikrovilli mnohých suchozemských zvierat, ako sú cicavce, vtáky a plazy. Podľa rôznych bibliografických zdrojov sú ďalšími akceptovanými názvami pre tento enzým oligo-1,6-glukozidáza, a-metylglukozidáza, izomaltáza a oligosacharid a-1,6-glukozidáza.
Grafické znázornenie mechanizmu účinku sukralázy (Zdroj: NuFS, Štátna univerzita v San Jose prostredníctvom Wikimedia Commons)
Je to enzým s aktivitou podobnou invertáze, ktorá sa nachádza v rastlinách a mikroorganizmoch. Jeho primárnou funkciou je hydrolyzovať glykozidovú väzbu medzi monosacharidmi (glukóza a fruktóza), ktoré tvoria sacharózu prijímanú z potravy.
Má veľmi dôležité zažívacie funkcie, pretože sacharóza sa nemôže prenášať ako disacharid do črevných buniek, a preto jej hydrolýza umožňuje intestinálnu absorpciu monosacharidov, z ktorých sa skladá.
Syntéza a aktivita sukralázy-izomaltázy v črevných bunkách zvierat je regulovaná na mnohých úrovniach: počas transkripcie a translácie, počas glykozylácie a tiež počas ich posttranslačného spracovania.
Ak niektorá z týchto udalostí zlyhá alebo sa vyskytne nejaký typ mutácie v géne, ktorý ju kóduje, vyskytuje sa u ľudí patologický stav známy ako syndróm nedostatku sacharózy, ktorý súvisí s neschopnosťou metabolizovať disacharidy.
vlastnosti
Disacharidy, ktoré slúžia ako substráty pre sukralázu u cicavcov, sú zvyčajne produktom hydrolytickej aktivity enzýmov a-amylázy v slinných a pankrease. Dôvodom je, že sacharáza hydrolyzuje nielen glykozidické väzby sacharózy, ale tiež a-1,4 väzby maltózy a maltotriózy a iných oligosacharidov.
Jeho polčas sa mení medzi 4 a 16 hodinami, takže črevné bunky investujú veľa energie do syntéznych a degradačných cyklov sukralázy, aby si udržali svoju aktivitu na relatívne konštantných hladinách.
syntéza
Rovnako ako väčšina integrálnych hydrolázových enzýmov je sacharáza (sukraláza-izomaltáza alebo SI) glykoproteín syntetizovaný v bunkách kefy na hraniciach ako prekurzorový polypeptid označovaný pro-SI.
Táto prekurzorová molekula je transportovaná na apikálny povrch buniek a tam je enzymaticky spracovaná pankreatickými proteázami, ktoré ju delia na dve rôzne podjednotky: podjednotka izomaltázy a podjednotka sukralázy.
Izomaltázová podjednotka zodpovedá amino-koncovému koncu pro-SI a na svojom N-terminálnom konci má hydrofóbny segment (hydrofóbnu kotvu). To mu umožňuje asociovať s plazmatickou membránou črevných hraničných buniek kefy.
Gén kódujúci tento komplex u ľudí sa nachádza na dlhom ramene chromozómu 3 a vzhľadom na veľkú sekvenčnú homológiu medzi oboma podjednotkami (viac ako 40%) sa predpokladalo, že tento enzým vznikol v dôsledku genetickej duplikácie.
Ukázalo sa, že obidve podjednotky, izomaltáza a sukraláza, sú schopné hydrolyzovať maltózu a ďalšie a-glukopyranozidy, čím sa tento dimér stáva dôležitým proteínom pri štiepení uhľohydrátov.
štruktúra
Počiatočná forma enzýmu sukralázy, pro-SI polypeptidu, je približne 260 kDa a 1827 aminokyselín. Proteolytická aktivita pankreatických proteáz však produkuje dve podjednotky 140 kDa a 120 kDa, ktoré predstavujú izomaltázu a sukralázu.
Tento enzým je glykoproteín s časťami N- a O-glykozylovaných sacharidov a jeho sekvenčné štúdie odhaľujú prítomnosť viac ako 19 miest glykozylácie. Sacharidové podiely predstavujú viac ako 15% hmotnosti proteínu a sú v podstate zložené z kyseliny sialovej, galaktozamínu, manózy a N-acetylglukozamínu.
Pretože tieto dve podjednotky komplexu sukraláza-izomaltáza nie sú úplne rovnaké, mnohí autori sa domnievajú, že tento enzým je v skutočnosti heterodimérom, kde každá podjednotka pozostáva z lineárneho glykozylovaného polypeptidového reťazca, ktorý sa spája prostredníctvom nekovalentných väzieb.
Izomaltázová podjednotka má hydrofóbny segment 20 aminokyselinových zvyškov, ktoré sú zapojené do jej spojenia s membránou enterocytov (črevné bunky) a ktoré predstavujú permanentnú kotvu a peptidový signál na zacielenie endoplazmatického retikula.
Aktívne miesto oboch podjednotiek, sukralázy a izomaltázy, sa nachádza v plazmatickej membráne enterocytov, vyčnievajúcich do črevného lúmenu.
Vlastnosti
Hlavné metabolické funkcie enzýmov, ako je sukraláza-izomaltáza, súvisia s produkciou glukózy a fruktózy zo sacharózy. Monosacharidy, ktoré sa transportujú do črevných buniek a ktoré sa inkorporujú do rôznych metabolických ciest na rôzne účely.
Mechanizmus účinku sukrase-izomaltázy u cicavcov (Zdroj: Areid3 prostredníctvom Wikimedia Commons)
Glukóza, pre ktorú existujú špecifické transportéry, môže byť smerovaná intracelulárne na glykolýzu, napríklad, keď jej oxidácia vedie k produkcii energie vo forme ATP a k redukcii energie vo forme NADH.
Fruktóza sa na druhej strane môže tiež metabolizovať radom reakcií, ktoré sa začínajú fosforyláciou na 1-fosfát fruktózy a katalyzujú sa hepatickou fruktokinázou. Toto začína zahrnutie tohto substrátu do iných ciest výroby energie.
Ďalej, rovnako ako pri invertázovom enzýme v rastlinách, má aktivita sukraláza-izomaltáza dôležité implikácie v bunkových aspektoch, ako je napríklad osmotický tlak, ktorý zvyčajne podmieňuje fyziologické udalosti, ako je rast, vývoj, transport molekúl a ďalšie.
Choroby súvisiace s ľuďmi
U ľudí sa vyskytuje vrodené autozomálne ochorenie známe ako nedostatok sukralázy-izomaltázy alebo CSID (vrodený nedostatok sukralázy-izomaltázy), ktorý súvisí s poruchami trávenia osmoticky aktívnych oligo- a disacharidov.
Toto ochorenie súvisí s niekoľkými simultánnymi faktormi, medzi ktorými bolo identifikované nesprávne spracovanie pro-SI prekurzorovej formy enzýmu, genetické mutácie, chyby počas transportu atď.
Tento stav je ťažké diagnostikovať, často je zamieňaný s intoleranciou laktózy. Preto je známa aj ako „intolerancia sacharózy“.
Vyznačuje sa vývojom kŕčov v bruchu, hnačkami, zvracaním, bolesťami hlavy sprevádzanými hypoglykémiou, nedostatočným rastom a prírastkom hmotnosti, úzkosťou a nadmernou produkciou plynu.
Referencie
- Brunner, J., Hauser, H., Braun, H., Wilson, K., Wecker, W., O'Neill, B., & Semenza, G. (1979). Spôsob asociácie enzýmovej komplexnej sukrázy-izomaltázy s hraničnou membránou čreva. The Journal of Biological Chemistry, 254 (6), 1821 - 1828.
- Cowell, G., Tranum-Jensen, J., Sjöström, H. & Norén, O. (1986). Topológia a kvartérna štruktúra pro-sukralázy / izomaltázy a finálnej formy sukralázy / izomaltázy. Biochemical Journal, 237, 455-461.
- Hauser, H., & Semenza, G. (1983). Sukraláza-izomaltáza: Stalkovaná vnútorná bielkovina membrány kefy. Critical Reviews in Bioch, 14 (4), 319-345.
- Hunziker, W., Spiess, M., Semenza, G., & Lodish, HF (1986). Sukraláza-lsomaltázový komplex: primárna štruktúra, membránová orientácia a vývoj stopkového proteínu s vnútornou stopou kefy. Cell, 46, 227 - 234.
- Naim, HY, Roth, J., Sterchi, EE, Lentze, M., Milla, P., Schmitz, J., & Hauril, H. (1988). Deficit sukralázovej izomaltázy u ľudí. J. Clin. Invest. 82, 667 - 679.
- Rodriguez, IR, Taravel, FR, a Whelan, WJ (1984). Charakterizácia a funkcia črevnej prasacej sukralázy-izomaltázy a jej samostatných podjednotiek. Eur. J. Biochem. 143, 575 - 582.
- Schiweck, H., Clarke, M., & Pollach, G. (2012). Cukor. V Ullmannovej encyklopédii priemyselnej chémie (zväzok 34, s. 72). Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
- Treem, W. (1995). Vrodená deficiencia sukralázy a izomaltázy. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 21, 1-14.