„INVERTASA“: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Invertazė , taip pat žinomas kaip β-fructofuranoside frukto hidrolazės, glikozilo hidrolazės fermentui, gausiai gamtoje. Jis yra pajėgus hidrolizuoti glikozidinį ryšį tarp dviejų monosacharidų, sudarančių sacharozę, gaminant „apverstus“ cukrų gliukozę ir fruktozę.

Jo yra mikroorganizmuose, gyvūnuose ir augaluose, tačiau labiausiai ištirti yra augalinės ir fermentų bei mielių fermentai, nes jie buvo pavyzdys daugeliui novatoriškų kinetinių tyrimų enzimologijos srityje.

Augalinės invertazės fermento molekulinė struktūra (Šaltinis: Jawahar Swaminathan ir MSD darbuotojai Europos bioinformatikos institute per „Wikimedia Commons“)

Invertazė dalyvauja katalizinėje reakcijoje, leidžiančioje išlaisvinti gliukozės likučius, kurie, atsižvelgiant į fiziologinius organizmo, kuriame jis yra išreikštas, poreikius, gali būti naudojami ATP ir NADH gauti. Tai leidžia sintetinti kaupiamuosius polisacharidus skirtinguose organeliukuose ar audiniuose.

Šio tipo fermentai taip pat dalyvauja kontroliuojant diferenciaciją ir ląstelių vystymąsi, nes jie geba gaminti monosacharidus, kurie augaluose taip pat atlieka svarbias funkcijas reguliuodami genų ekspresiją.

Paprastai jie randami vynmedžių, žirnių, japoniškų kriaušių augalų ir avižų odelėse. Nors labiausiai komerciškai naudojami fermentai yra mielių, tokių kaip S. cerevisiae, ir tam tikrų rūšių bakterijų fermentai.

charakteristikos

Gamtoje galima rasti įvairių formų invertų ir tai daugiausia priklauso nuo to, kokio organizmo yra laikomasi. Pvz., Mielės turi dviejų rūšių invertą: tarpląstelinę arba citozolinę ir tarpląstelinę ar periplazminę (tarp ląstelės sienos ir plazminės membranos).

Bakterijose invertai veikia hidrolizuodami sacharozę, tačiau susidūrę su didelėmis šio substrato koncentracijomis, jie taip pat pasižymi fruktoziltransferazės aktyvumu, nes jie gali pernešti fruktozilo liekanas į disacharido sacharozę.

Kadangi šie fermentai gali veikti labai plačiame pH diapazone, kai kurie autoriai pasiūlė juos priskirti:

- Rūgštus (pH tarp 4,5 ir 5,5)

- Neutralai (pH artimas 7)

- Šarminis (pH tarp 6,5 ir 8,0).

Šarminės invertazės buvo užfiksuotos daugumoje augalų ir melsvabakterėse, tuo tarpu bakterijos turi aktyvių invertazių esant neutraliam ir šarminiam pH.

Daržovių invertai

Augaluose yra trijų rūšių inverto fermentų, kurie yra skirtinguose tarpląsteliniuose skyriuose ir pasižymi skirtingomis savybėmis ir biocheminėmis savybėmis.

Panašiai yra ir kiekvieno aprašyto tipo invertazės funkcijos, nes jos, matyt, „nukreipia“ sacharozės disacharidus į specifinius ląstelių kelius augale.

Taigi, atsižvelgiant į jų tarpląstelinę vietą, augalinės kilmės invertai gali būti:

- vakuuminės invertuotės

- tarpląstelinės invertazės (ląstelės sienelėje)

- Citozolinės invertazės.

Vakuolinės invertos egzistuoja kaip dvi tirpios ir rūgščios izoformos vakuolės liumenuose, tuo tarpu „tarpląstelinės“ invertazės yra periferinės membranos baltymai, susieti su plazmos membrana per joninę sąveiką.

Kadangi tiek vakuolinės, tiek tarpląstelinės invertazės katalizuoja sacharozės hidrolizę, pradedant nuo fruktozės liekanų, jos buvo vadinamos β-fruktofuranozidais ir buvo įrodyta, kad jos veikia ir kitus oligosacharidus, turinčius β-fruktozės liekanas, tai yra, jie nėra konkretūs.

Kitas augalų invertazių tipas yra citozolinės invertos, kurios taip pat egzistuoja kaip dvi neutralios / šarminės izoformos. Jie būdingi sacharozei ir nebuvo ištirti taip gerai, kaip kiti du.

Struktūra

Daugelis iki šiol aprašytų invertų turi dimerines ir net multimerines formas. Vienintelės žinomos monomerų invertos yra bakterijų, kurių molekulinė masė šiuose organizmuose yra nuo 23 iki 92 kDa.

Vakuolių ir tarpląstelinių augalų invertuotės turi molekulinį svorį nuo 55 iki 70 kDa, dauguma jų yra N-glikozilintos. Tai pasakytina apie daugumą gamtoje randamų tarpląstelinių invertų, susijusių su plazminės membranos išoriniu paviršiumi.

Mielių izofermentų molekulinis svoris yra šiek tiek didesnis - nuo 135 iki 270 kDa.

Kiti tyrimai, atlikti su bakterijų fermentais, taip pat parodė, kad šie fermentai turi katalitinį centrą, kuriame gausu β sulankstytų struktūrų.

funkcijos

Priklausomai nuo organizmo, kuriame jie yra ekspresuojami, fermentai invertazė gali atlikti ne tik cukrų, bet ir hidrolizuodami sacharozę į jo sudedamuosius monosacharidus. Tačiau dažniausiai apžvelgiamos natūralios funkcijos iš augalų.

Metabolinės augalų invertų funkcijos

Sacharozė, kuri yra inverto fermento substratas, yra vienas iš cukrų, gaminamų augaluose fotosintezės metu, po kurio anglies dioksidas, esant šviesai, yra sumažinamas, kad susidarytų angliavandeniai ir vanduo.

Šie angliavandeniai yra pagrindinis energijos ir anglies šaltinis nefotosintetiniuose augalų audiniuose ir turi būti kraujagyslėmis pernešami per floemą ir iš lapų, kurie yra pagrindiniai fotosintetiniai organai.

Atsižvelgiant į dalyvaujančią invertazę, gliukozės ir fruktozės liekanos, gaunamos hidrolizuojant šią sacharozę, nukreipiamos į skirtingus metabolizmo kelius, kur jos yra būtinas kuras energijai gaminti ATP pavidalu ir mažinančiai galią NADH pavidalu.

Kitos svarbios funkcijos augaluose

Be to, kad augalų invertai yra nepaprastai svarbūs metabolinei energijai gauti, jie taip pat kontroliuoja osmoreguliaciją ir augalo ląstelių augimą bei pailgėjimą.

Tai padidėja osmosinis slėgis, kurį sukelia sacharozės hidrolizė, sukurianti dvi naujas osmosiškai aktyvias molekules: gliukozę ir fruktozę.

Jei bus atlikta bibliografinė apžvalga, bus nesunku patikrinti, ar invertazei taip pat priskiriamos augalų, susijusių su patogenais, gynybos mechanizmai.

Nustatyta, kad invertazė yra ryšys tarp angliavandenių skilimo ir atsako į patogenus, nes šis fermentas aprūpina cukrumi, didinančiu cukraus sukeltų genų, kurie paprastai yra susiję su baltymų, susijusių su patogenai (PR, susiję su patogenais).

Pramoninis mikroorganizmų invertacijų eksploatavimas

Nuo pat atradimo inversijų sukelta reakcija buvo pramoniniu būdu naudojama daugelyje prekybos sektorių, įskaitant alaus ir duonos gaminius.

Maisto srityje invertai naudojami drebučiams ir uogienėms, saldainiams, skysčiams ruošti arba užpildyti sausainiais ir šokoladu. Be to, vienas populiariausių jo panaudojimo būdų yra sirupų gamyba, nes juose yra daugiau cukraus, tačiau jie nėra jautrūs kristalizacijai.

Farmacijos pramonėje jie yra naudingi ruošiant kosulio sirupus ir virškinimo pagalbines tabletes, taip pat gaminant probiotikus ir prebiotikus, kūdikių maistą ir pašarų mišinius (ypač galvijams ir bitėms).

Jie taip pat buvo naudojami popieriaus pramonėje, kosmetikos gamyboje, etilo alkoholio ir organinių rūgščių, tokių kaip pieno rūgštis ir kitos, gamyboje. Natūralios gumos sintezei naudojami ir augalinės kilmės invertai.

Nuorodos

1. Kulshrestha, S., Tyagi, P., Sindhi, V., & Sharma, K. (2013). Invertacija ir jos taikymai - trumpa apžvalga. Journal of Pharmacy Research, 7, 792–797.
2. Lincoln, L. ir dar daugiau, S. (2017). Bakterijų invertacijos: transfruktosilinimo atsiradimas, susidarymas, biocheminis apibūdinimas ir reikšmė. Pagrindinės mikrobiologijos žurnalas, 1–11.
3. Oddo, LP, Piazza, M., & Pulcini, P. (1999). Investuokite į medų. Apidologie, 30, 57–65.
4. Roitsch, T., ir González, M. (2004). Augalų invertų veikimas ir reguliavimas: saldūs pojūčiai. TENDENCIJOS Augale, 9 (12), 606–613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R., & Sinha, AK (2003). Tarpląstelinė invertazė: pagrindinis metabolinis fermentas ir PR baltymas. Žurnalas „Experimental Botany“, 54 (382), 513–524.
6. Strumas, A. (1999). Jūs investuosite. Augalų vystymosi ir sacharozės atskyrimo pirminės struktūros, funkcijos ir vaidmenys. Augalų fiziologija, 121, 1–7.