Sacharáza, také známý jako sacharoso-isomaltásová komplexu je komplexní membrána s enzymatickou aktivitu α-glykosylázy náležející do skupiny integrálů hydroláz (glykosidázy a peptidázy složený).
Vyskytuje se ve střevních mikrovilli mnoha suchozemských zvířat, jako jsou savci, ptáci a plazi. Podle různých bibliografických zdrojů jsou dalšími akceptovanými názvy tohoto enzymu oligo-1,6-glukosidáza, a-methylglukosidáza, isomaltáza a oligosacharid a-1,6-glukosidáza.
Grafické znázornění mechanismu účinku sukralázy (Zdroj: NuFS, San Jose State University prostřednictvím Wikimedia Commons)
Je to enzym s aktivitou podobnou invertáze, která se nachází v rostlinách a mikroorganismech. Jeho primární funkcí je hydrolyzovat glykosidovou vazbu mezi monosacharidy (glukóza a fruktóza), které tvoří sacharózu přijímanou potravou.
Má velmi důležité zažívací funkce, protože sacharóza nemůže být transportována jako disacharid do střevních buněk, a proto její hydrolýza umožňuje intestinální absorpci monosacharidů, které jsou jeho součástí.
Syntéza a aktivita sukralázy-isomaltázy ve střevních buňkách zvířat je regulována na mnoha úrovních: během transkripce a translace, během glykosylace a také během jejich posttranslačního zpracování.
Pokud některá z těchto událostí selže nebo dojde-li k nějakému typu mutace v genu, který ji kóduje, vyskytuje se u lidí patologický stav známý jako syndrom nedostatku sacharózy, který souvisí s neschopností metabolizovat disacharidy.
vlastnosti
Disacharidy, které slouží jako substráty pro sukralázu u savců, jsou obvykle produktem hydrolytické aktivity enzymů a-amylázy ve slinách a pankreatu. Důvodem je, že sacharáza nejen hydrolyzuje glykosidické vazby sacharózy, ale také a-1,4 vazby maltózy a maltotriosy a dalších oligosacharidů.
Jeho poločas se pohybuje mezi 4 a 16 hodinami, takže střevní buňky investují hodně energie do syntézních a degradačních cyklů sukralázy, aby si udržely svou aktivitu na relativně konstantních úrovních.
Syntéza
Jako většina integrálních hydrolázových enzymů je sacharáza (sukraláza-isomaltáza nebo SI) glykoprotein syntetizovaný v buňkách kartáčového okraje jako prekurzorový polypeptid označovaný pro-SI.
Tato prekurzorová molekula je transportována na apikální povrch buněk a tam je enzymaticky zpracována pankreatickými proteázami, které ji dělí na dvě různé podjednotky: podjednotku isomaltázy a podjednotku sukralázy.
Izomaltázová podjednotka odpovídá amino-koncovému konci pro-SI a na svém N-terminálním konci má hydrofobní segment (hydrofobní kotvu). To mu umožňuje asociovat se s plazmatickou membránou střevních kartáčových hraničních buněk.
Gen kódující tento komplex u lidí je umístěn na dlouhém rameni chromozomu 3 a vzhledem k velké sekvenční homologii mezi oběma podjednotkami (více než 40%) bylo navrženo, že tento enzym vznikl v důsledku genetické duplikace.
Ukázalo se, že obě podjednotky, isomaltáza a sukraláza, jsou schopny hydrolyzovat maltózu a další a-glukopyranosidy, což činí z tohoto dimeru důležitý protein při trávení uhlohydrátů.
Struktura
Počáteční forma enzymu sukralázy, pro-SI polypeptidu, je přibližně 260 kDa a 1827 aminokyselin. Proteolytická aktivita pankreatických proteáz však produkuje dvě podjednotky 140 kDa a 120 kDa, což představuje isomaltázu a sukralázu.
Tento enzym je glykoprotein s částmi N- a O-glykosylovaných sacharidů a jeho sekvenční studie odhalují přítomnost více než 19 míst glykosylace. Sacharidové podíly představují více než 15% hmotnosti proteinu a jsou v podstatě složeny z kyseliny sialové, galaktosaminu, mannózy a N-acetylglukosaminu.
Protože dvě podjednotky komplexu sukraláza-isomaltáza nejsou úplně stejné, mnoho autorů se domnívá, že tento enzym je ve skutečnosti heterodimer, kde každá podjednotka sestává z lineárního glykosylovaného polypeptidového řetězce, který se sdružuje prostřednictvím nekovalentních vazeb.
Izomaltázová podjednotka má hydrofobní segment 20 aminokyselinových zbytků, které jsou zapojeny do jeho asociace s membránou enterocytů (intestinální buňky) a které představují permanentní kotvu a peptidový signál pro cílení endoplazmatického retikula.
Aktivní místo obou podjednotek, sukralázy a isomaltázy, se nachází v plazmatické membráně enterocytů, vyčnívajících do střevního lumenu.
Funkce
Hlavní metabolické funkce enzymů, jako je sukraláza-isomaltáza, souvisí s produkcí glukózy a fruktózy ze sacharózy. Monosacharidy, které jsou transportovány do střevních buněk a které jsou začleněny do různých metabolických drah pro různé účely.
Mechanismus účinku Sucarase-Isomaltase u savců (Zdroj: Areid3 přes Wikimedia Commons)
Glukóza, pro kterou existují specifické transportéry, může být směrována intracelulárně na glykolýzu, například pokud její oxidace vede k produkci energie ve formě ATP a ke snížení energie ve formě NADH.
Fruktóza, na druhé straně, může být také metabolizována řadou reakcí začínajících její fosforylací na fruktózu 1-fosfát a katalyzovanou jaterní fruktokinázou. To začíná zahrnutí tohoto substrátu do jiných cest výroby energie.
Kromě toho, stejně jako u invertázového enzymu v rostlinách, má aktivita sukraláza-isomaltáza důležité důsledky v buněčných aspektech, jako je osmotický tlak, který obvykle podmíní fyziologické jevy, jako je růst, vývoj, transport molekul a další.
Související nemoci u lidí
U lidí je vrozené autosomální onemocnění známé jako nedostatek sukraláza-isomaltáza nebo CSID (vrozený nedostatek sukraláza-isomaltáza), což souvisí s defekty trávení osmoticky aktivních oligo- a disacharidů.
Toto onemocnění souvisí s několika souběžnými faktory, mezi nimiž bylo zjištěno nesprávné zpracování pre-SI prekurzorové formy enzymu, genetické mutace, chyby během transportu atd.
Tento stav je obtížné diagnostikovat, protože je často zaměňován s intolerancí laktózy. Proto se také nazývá „nesnášenlivost sacharózy“.
Je charakterizován vývojem břišních křečí, průjmem, zvracením, bolestmi hlavy doprovázenými hypoglykémií, nedostatkem růstu a nárůstu hmotnosti, úzkostí a nadměrnou produkcí plynu.
Reference
- Brunner, J., Hauser, H., Braun, H., Wilson, K., Wecker, W., O'Neill, B., & Semenza, G. (1979). Způsob asociace enzymového komplexu sukraláza-isomaltáza s hraniční membránou střevního kartáče. The Journal of Biological Chemistry, 254 (6), 1821–1828.
- Cowell, G., Tranum-Jensen, J., Sjöström, H., & Norén, O. (1986). Topologie a kvartérní struktura pro-sukralázy / isomaltázy a finální formy sukralázy / isomaltázy. Biochemical Journal, 237, 455-461.
- Hauser, H., & Semenza, G. (1983). Sukrase-isomaltáza: pronásledovaný vnitřní protein membrány kartáčové hranice. Critical Reviews in Bioch, 14 (4), 319–345.
- Hunziker, W., Spiess, M., Semenza, G., & Lodish, HF (1986). Komplex sukraláza-lsomaltáza: primární struktura, orientace na membránu a vývoj stopového proteinu s vnitřním štětcem. Cell, 46, 227-234.
- Naim, HY, Roth, J., Sterchi, EE, Lentze, M., Milla, P., Schmitz, J., & Hauril, H. (1988). Nedostatek sukrase-isomaltázy u lidí. J. Clin. Investovat. 82, 667 - 679.
- Rodriguez, IR, Taravel, FR, a Whelan, WJ (1984). Charakterizace a funkce střevní prasečí sukralázy-isomaltázy a jejích samostatných podjednotek. Eur. J. Biochem. 143, 575 - 582.
- Schiweck, H., Clarke, M., & Pollach, G. (2012). Cukr. V Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (svazek 34, str. 72). Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
- Treem, W. (1995). Vrozená vada sukraláza-isomaltáza. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 21, 1-14.