INVERTASA: OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Invertaasi, joka tunnetaan myös nimellä β-fruktofuranosidi frukto hydrolaasi, joka on glykosyylihydrolaasiperheen entsyymi esiintyy runsaasti luonnossa. Se kykenee hydrolysoimaan glykosidisidoksen kahden sakkaroosia muodostavan monosakkaridin välillä ja tuottamaan "käänteisiä" sokereita glukoosia ja fruktoosia.

Sitä on läsnä mikro-organismeissa, eläimissä ja kasveissa, eniten tutkittuja entsyymejä ovat kuitenkin kasviperäisiä sekä bakteereiden ja hiivien entsyymejä, koska ne ovat toimineet mallina monille entsymologian alan uraauurtaville kineettisiin tutkimuksiin.

Kasvien invertaasientsyymin molekyylirakenne (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa Wikimedia Commonsin kautta)

Invertaasi osallistuu katalyyttiseen reaktioon, joka sallii glukoositähteiden vapautumisen, jota voidaan käyttää ATP: n ja NADH: n saamiseksi sen organismin fysiologisista tarpeista riippuen, missä se ilmenee. Tämän avulla on mahdollista syntetisoida varastointipolysakkarideja mm. Erilaisissa organoleleissa tai kudoksissa.

Tämäntyyppiset entsyymit osallistuvat myös erilaistumisen ja solujen kehityksen hallintaan, koska ne kykenevät tuottamaan monosakkarideja, joilla kasveilla on myös tärkeitä tehtäviä geeniekspression säätelyssä.

Niitä esiintyy tyypillisesti viiniköynnösten, herneiden, japanilaisten päärynäkasvien ja kaurassa. Vaikka kaupallisimmin hyödynnettäviä entsyymejä ovat hiivat, kuten S. cerevisiae, ja tietyntyyppiset bakteerit.

ominaisuudet

Luonnossa voidaan löytää erilaisia ​​invertaaseja ja tämä riippuu pääasiassa tarkasteltavasta organismista. Hiivoilla on esimerkiksi kahden tyyppisiä invertaaseja: solunsisäinen tai sytosolinen ja solunulkoinen tai periplasminen (soluseinämän ja plasmamembraanin välillä).

Bakteereissa invertaasit toimivat sakkaroosin hydrolyysissä, mutta kohdatessaan tämän substraatin korkeat pitoisuudet niillä on myös fruktosyylitransferaasiaktiivisuus, koska ne kykenevät siirtämään fruktosyylitähteitä disakkaridisakkaroosiin.

Koska nämä entsyymit voivat toimia erittäin laajoilla pH-alueilla, jotkut kirjoittajat ovat ehdottaneet, että ne voidaan luokitella:

- Hapan (pH välillä 4,5 - 5,5)

- Neutraalit (pH lähellä 7)

- Alkalinen (pH välillä 6,5 - 8,0).

Alkalisia invertaaseja on ilmoitettu useimmissa kasveissa ja sinileväbakteerissa, kun taas bakteereilla on aktiivisia invertuaaseja neutraalissa ja alkalisessa pH: ssa.

Kasvisinverteet

Kasveissa on kolmen tyyppisiä invertaasi-entsyymejä, jotka sijaitsevat eri solunsisäisissä osastoissa ja joilla on erilaiset ominaisuudet ja biokemialliset ominaisuudet.

Samoin kunkin kuvatun invertaasityypin toiminnot ovat erilaisia, koska ne ilmeisesti "ohjaavat" sakkaroosidisakarideja kasvin spesifisiin solureitteihin.

Joten niiden solunsisäisen sijainnin mukaan kasviperäiset invertiteetit voivat olla:

- Vacuolar invertases

- solunulkoiset invertaasit (soluseinämässä)

- Sytosoliset invertaasit.

Vacuolaariset invertaasit esiintyvät kahdena liukoisena ja hapana isoformina vakuolin ontelossa, kun taas "solunulkoiset" invertaasit ovat perifeerisiä membraaniproteiineja, jotka liittyvät plasmamembraaniin ionisten vuorovaikutusten kautta.

Koska sekä tyhjiöiset että solunulkoiset invertaatit katalysoivat sakkaroosin hydrolyysia fruktoositähteestä lähtien, niitä on kutsuttu β-frukto-furanosidaaseiksi ja on osoitettu, että ne vaikuttavat myös muihin oligosakkarideihin, jotka sisältävät β-fruktoositähteitä, ts. ne eivät ole erityisiä.

Toinen tyyppi kasvien invertaaseja on sytosoliset invertaasit, joita esiintyy myös kahdena neutraalina / alkalisena isoformina. Ne koskevat sakkaroosia, eikä niitä ole tutkittu yhtä hyvin kuin kahta muuta.

Rakenne

Suurimmalla osalla tähän mennessä kuvattuja invertaaseja on dimeeriset ja jopa multimeeriset muodot. Ainoat tunnetut monomeeriset invertaasit ovat bakteereja ja niiden molekyylipaino on näissä organismeissa välillä 23-92 kDa.

Kasvien tyhjiö- ja solunulkoisissa invertaaseissa on molekyylipainot välillä 55 - 70 kDa ja suurin osa niistä on N-glykosyloituja. Tämä pätee useimpiin luonnossa esiintyviin solunulkoisiin invertaaseihin, jotka liittyvät plasmamembraanin ulkopintaan.

Hiiva-isoentsyymien molekyylipainot ovat jonkin verran korkeammat, välillä 135 - 270 kDa.

Muut bakteeri-entsyymeillä suoritetut tutkimukset ovat myös osoittaneet, että näillä entsyymeillä on katalyyttinen keskus, jossa on runsaasti P-taitettuja rakenteita.

ominaisuudet

Sen mukaan, missä organismissa ne ilmenevät, invertaasientsyymit voivat suorittaa monia perustavanlaatuisia toimintoja sokerien kuljettamisen ja sakkaroosin hydrolyysin lisäksi sen sisältämiin monosakkarideihin. Katsotuimmat luonnolliset toiminnot ovat kuitenkin kasveista.

Kasvien invertaasien metaboliset toiminnot

Sakkaroosi, joka on substraatti invertaasientsyymille, on yksi sokereista, jota tuotetaan kasveissa fotosynteesin aikana, jonka jälkeen hiilidioksidi pelkistetään valon läsnä ollessa hiilihydraattien ja veden muodostamiseksi.

Nämä hiilihydraatit ovat pääasiallinen energian ja hiilen lähde ei-fotosynteettisissä kasvakudoksissa, ja ne on kuljetettava verisuonessa floemin läpi ja lehtiä, jotka ovat tärkeimmät fotosynteettiset elimet.

Tämän sakkaroosin hydrolyysistä saatavat glukoosi- ja fruktoositähteet, riippuen mukana olevasta invertaasista, ohjataan erilaisille metaboliareiteille, joissa ne ovat välttämätön polttoaine energian tuottamiseksi ATP: n muodossa ja vähentävän tehoa NADH: n muodossa.

Muut tärkeät toiminnot kasveissa

Sen lisäksi, että kasvien invertaasit ovat ratkaisevan tärkeitä metaboolisen energian saamiseksi, ne osallistuvat myös osmoregulaation hallintaan ja kasvisolujen kasvuun ja pidentymiseen.

Tämä on tuotetta osmoottisen paineen kasvusta, joka syntyy sakkaroosin hydrolyysistä, joka tuottaa kaksi uutta osmoottisesti aktiivista molekyyliä: glukoosia ja fruktoosia.

Jos tehdään kirjallinen katsaus, on helppo tarkistaa, että invertaasille annetaan myös toimintoja patogeenien aiheuttamiin kasvien puolustusmekanismeihin.

On todettu, että invertaasi on yhteys hiilihydraattien hajoamisen ja taudinaiheuttajien reaktioiden välillä, koska tämä entsyymi tarjoaa sokereita, jotka lisäävät sokerilla indusoitavien geenien ilmentymistä, jotka yleensä liittyvät proteiinien ekspressioon, jotka liittyvät patogeenit (PR, patogeeniin liittyvät).

Mikro-organismien invertaasien teollinen hyödyntäminen

Invertaatioiden katalysoima reaktio on löytöstään lähtien ollut teollisesti hyödynnetty monilla kaupan aloilla, mukaan lukien panimo- ja leipomoteollisuus.

Ruokaalueella invertaseja käytetään hyytelöiden ja hillojen, makeisten, nestemäisten täyteaineiden valmistukseen tai keksien ja bonbonien täyttämiseen. Lisäksi yksi sen suosituimmista sovelluksista on siirappien valmistus, koska niiden sokeripitoisuus on korkeampi, mutta ne eivät ole alttiita kiteytymiselle.

Farmaseuttisessa teollisuudessa ne ovat käyttökelpoisia yskäsiirappien ja ruoansulatuskanavan apuainetablettien valmistuksessa, samoin kuin probioottien ja prebioottien, vauvanruoan ja eläinrehuvalmisteiden (erityisesti nautaa ja mehiläisiä) synteesissä.

Niitä on käytetty myös paperiteollisuudessa kosmetiikan valmistukseen, etyylialkoholin ja orgaanisten happojen, kuten maitohapon ja muiden, valmistukseen. Kasviperäisiä invertaseja hyödynnetään myös luonnonkumin synteesissä.

Viitteet

1. Kulshrestha, S., Tyagi, P., Sindhi, V., & Sharma, K. (2013). Invertase ja sen sovellukset- Lyhyt katsaus. Journal of Pharmacy Research, 7, 792 - 797.
2. Lincoln, L. ja muut, S. (2017). Bakteerien invertaasit: Transfruktosylaation esiintyminen, tuotanto, biokemiallinen karakterisointi ja merkitys. Journal of Basic Microbiology, 1–11.
3. Oddo, LP, Piazza, M., & Pulcini, P. (1999). Sijoita investointeja hunajaan. Apidologie, 30, 57–65.
4. Roitsch, T., ja González, M. (2004). Kasvien invertaasien toiminta ja säätely: makeat tuntemukset. TRENDS in Plant, 9 (12), 606–613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R., & Sinha, AK (2003). Solunulkoinen invertaasi: keskeinen metabolinen entsyymi ja PR-proteiini. Journal of Experimental Botany, 54 (382), 513–524.
6. Strum, A. (1999). Sijoitat. Kasvien kehityksen ja sakkaroosin jakamisen ensisijaiset rakenteet, toiminnot ja roolit. Kasvien fysiologia, 121, 1–7.