INVERTASA: VLASTNOSTI, STRUKTURA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Invertázy, také známý jako β-fruktofuranosidu frukto hydrolázy, glykosylové hydrolázy enzymu vyskytující se v přírodě. Je schopna hydrolyzovat glykosidickou vazbu mezi dvěma monosacharidy, které tvoří sacharózu, za vzniku "invertované" cukry glukózy a fruktózy.

Vyskytuje se v mikroorganismech, zvířatech a rostlinách, nicméně nejvíce studovanými enzymy jsou enzymy rostlinného původu a enzymy bakterií a kvasinek, protože sloužily jako model pro mnoho průkopnických kinetických studií v oblasti enzymologie.

Molekulární struktura rostlinného invertázového enzymu (Zdroj: Zaměstnanci Jawahara Swaminathana a MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)

Invertáza se účastní katalytické reakce, která umožňuje uvolňování zbytků glukózy, které lze v závislosti na fyziologických potřebách organismu, kde je exprimován, použít k získání ATP a NADH. Díky tomu je možné syntetizovat ukládací polysacharidy, mimo jiné, v různých organelách nebo tkáních.

Tento typ enzymu se také podílí na kontrole diferenciace a buněčného vývoje, protože jsou schopné produkovat monosacharidy, které mají v rostlinách také důležité funkce při regulaci genové exprese.

Obvykle se nacházejí na slupkách révy, hrášku, japonských hruškových rostlin a ovsa. Ačkoli nejvíce komerčně využívané enzymy jsou ty z kvasinek, jako je S. cerevisiae a enzymů určitých typů bakterií.

vlastnosti

V přírodě lze nalézt různé formy invertáz, což závisí hlavně na uvažovaném organismu. Kvasinky mají například dva typy invertázy: intracelulární nebo cytosolický a extracelulární nebo periplazmatický (mezi buněčnou stěnou a plazmovou membránou).

U bakterií fungují invertázy při hydrolýze sacharózy, ale pokud jsou vystaveny vysokým koncentracím tohoto substrátu, vykazují také fruktosyltransferázovou aktivitu, protože jsou schopné přenášet fruktosylové zbytky na disacharidovou sacharózu.

Protože tyto enzymy mohou pracovat ve velmi širokém rozmezí pH, někteří autoři navrhli, aby byli klasifikováni jako:

- Kyselina (pH mezi 4,5 a 5,5)

- Neutrální látky (pH téměř 7)

- Alkalický (pH mezi 6,5 a 8,0).

Alkalické invertázy byly hlášeny u většiny rostlin a u sinic, zatímco bakterie mají aktivní invertázy při neutrálním a alkalickém pH.

Rostlinné invertázy

V rostlinách existují tři typy invertázových enzymů, které jsou umístěny v různých subcelulárních kompartmentech a které mají odlišné vlastnosti a biochemické vlastnosti.

Podobně jsou funkce každého typu popsané invertázy odlišné, protože zjevně „nasměrují“ sacharosy disacharidy na specifické buněčné dráhy v rostlině.

Podle jejich subcelulární polohy tedy mohou být invertázy rostlinného původu:

- Vacuolární invertázy

- Extracelulární invertázy (ve buněčné stěně)

- Cytosolické invertázy.

Vacuolární invertázy existují jako dvě rozpustné a kyselé izoformy v lumenu vakuoly, zatímco „extracelulární“ invertázy jsou proteiny periferních membrán, které jsou iontovými interakcemi spojeny s plazmatickou membránou.

Protože vakuolární i extracelulární invertázy katalyzují hydrolýzu sacharózy počínaje zbytkem fruktózy, nazývají se β-fruktofuranosidázy a ukázalo se, že působí také na jiné oligosacharidy, které obsahují zbytky β-fruktózy, tj. nejsou specifické.

Druhým typem rostlinných invertáz jsou cytosolické invertázy, které také existují jako dvě neutrální / alkalické izoformy. Jsou specifické pro sacharózu a nebyly tak studovány jako ostatní dva.

Struktura

Většina dosud popsaných invertáz má dimerní a dokonce multimerní formy. Jediné známé monomerní invertázy jsou bakterie a v těchto organismech mají molekulovou hmotnost mezi 23 a 92 kDa.

Vakuolární a extracelulární invertázy rostlin mají molekulové hmotnosti mezi 55 a 70 kDa a většina je N-glykosylována. To platí pro většinu extracelulárních invertáz vyskytujících se v přírodě, které jsou spojeny s vnější stranou plazmové membrány.

Kvasinkové isoenzymy mají poněkud vyšší molekulové hmotnosti v rozmezí 135 až 270 kDa.

Jiné studie prováděné s bakteriálními enzymy také ukázaly, že tyto enzymy mají katalytické centrum bohaté na beta-složené struktury.

Funkce

V závislosti na organismu, kde jsou exprimovány, mohou invertázové enzymy plnit kromě transportu cukrů a hydrolýzy sacharózy na její monosacharidy také řadu základních funkcí. Nejpřehlednější přirozené funkce jsou však z rostlin.

Metabolické funkce invertáz v rostlinách

Sacharóza, která je substrátem pro invertázový enzym, je jedním z cukrů, které se produkují v rostlinách během fotosyntézy, po čemž se oxid uhličitý v přítomnosti světla redukuje na uhlohydráty a vodu.

Tyto uhlohydráty jsou hlavním zdrojem energie a uhlíku v ne fotosyntetických rostlinných tkáních a musejí být transportovány vaskulárně skrz květ a listy, které jsou hlavními fotosyntetickými orgány.

V závislosti na použité invertáze jsou zbytky glukózy a fruktózy získané hydrolýzou této sacharózy směrovány do různých metabolických drah, kde jsou nezbytným palivem pro výrobu energie ve formě ATP a snižování energie ve formě NADH.

Další důležité funkce v rostlinách

Kromě toho, že rostlinné invertázy jsou rozhodující pro získání metabolické energie, podílejí se na regulaci osmoregulace a na růstu a prodloužení rostlinných buněk.

Toto je produkt zvýšení osmotického tlaku vyvolaného hydrolýzou sacharózy, která vytváří dvě nové osmoticky aktivní molekuly: glukózu a fruktózu.

Pokud je proveden bibliografický přehled, bude snadné ověřit, že invertáza je také přiřazena funkcím v obranných mechanismech rostlin souvisejících s patogeny.

Bylo zjištěno, že invertáza je spojením mezi degradací uhlohydrátů a reakcemi na patogeny, protože tento enzym poskytuje cukry, které zvyšují expresi genů indukovatelných cukrem, které obvykle souvisejí s expresí proteinů souvisejících s patogeny (PR, související s patogenem).

Průmyslové využívání invertáz mikroorganismů

Od svého objevu byla reakce katalyzovaná invertázami průmyslově využívána v mnoha odvětvích obchodu, včetně pivovarnictví a pekařství.

V oblasti potravin se invertázy používají k přípravě želé a džemů, cukrovinek, tekutých zálivek nebo plněné sušenkami a čokoládou. Kromě toho je jednou z jeho nejpopulárnějších aplikací výroba sirupů, protože ty mají vyšší obsah cukru, ale nejsou náchylné ke krystalizaci.

Ve farmaceutickém průmyslu jsou užitečné pro přípravu sirupů proti kašli a tablet na podporu trávení, jakož i pro syntézu probiotik a prebiotik, krmiv pro kojence a krmiv pro zvířata (zejména pro skot a včely).

Používají se také v papírenském průmyslu, pro výrobu kosmetiky, pro výrobu ethylalkoholu a organických kyselin, jako je kyselina mléčná a další. Invertázy rostlinného původu se také využívají pro syntézu přírodních kaučuků.

Reference

1. Kulshrestha, S., Tyagi, P., Sindhi, V. a Sharma, K. (2013). Invertáza a její aplikace - Stručný přehled. Journal of Pharmacy Research, 7, 792–797.
2. Lincoln, L., & More, S. (2017). Bakteriální invertázy: Výskyt, produkce, biochemická charakterizace a význam transfruktosylace. Journal of Basic Microbiology, 1-11.
3. Oddo, LP, Piazza, M. a Pulcini, P. (1999). Investujte do medu. Apidologie, 30, 57–65.
4. Roitsch, T., & González, M. (2004). Funkce a regulace rostlinných invertáz: sladké pocity. TRENDS in Plant, 9 (12), 606–613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R., & Sinha, AK (2003). Extracelulární invertáza: klíčový metabolický enzym a PR protein. Journal of Experimental Botany, 54 (382), 513–524.
6. Strum, A. (1999). Budete investovat. Primární struktury, funkce a role ve vývoji rostlin a rozdělení sacharózy. Plant Physiology, 121, 1-7.