ИНВЕРТАСА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На инвертаза, известен също като β-fructofuranoside фрукто хидролаза, гликозилов хидролаза ензим в изобилие в природата. Той е в състояние да хидролизира гликозидната връзка между двата монозахарида, които съставляват захароза, като произвежда "обърнатите" захари глюкоза и фруктоза.

Той присъства в микроорганизмите, животните и растенията, но най-изследваните ензими са тези от растителен произход и тези на бактериите и дрождите, тъй като са послужили като модел за много пионерски кинетични изследвания в областта на ензимологията.

Молекулна структура на растителния инвертазен ензим (Източник: Jawahar Swaminathan и MSD служители на Европейския институт по биоинформатика чрез Wikimedia Commons)

Инвертаза участва в каталитична реакция, която позволява освобождаването на глюкозни остатъци, които в зависимост от физиологичните нужди на организма, където се изразява, могат да бъдат използвани за получаване на АТФ и НАДХ. С това е възможно, между другото, да се синтезират полизахариди за съхранение в различни органели или тъкани.

Този вид ензим също участва в контрола на диференциацията и клетъчното развитие, тъй като те са способни да произвеждат монозахариди, които в растенията също имат важни функции в регулацията на генната експресия.

Обикновено се намират в кожите от лозови плодове, грах, японски крушови растения и овес. Въпреки че най-използваните в търговската мрежа ензими са тези на дрожди като S. cerevisiae и тези на някои видове бактерии.

характеристики

В природата могат да се намерят различни форми на инвертази и това зависи главно от разглеждания организъм. Дрождите например имат два вида инвертаза: вътреклетъчна или цитозолна и извънклетъчна или периплазмена (между клетъчната стена и плазмената мембрана).

При бактериите инвертазите функционират при хидролизата на захарозата, но когато са изправени пред високи концентрации на този субстрат, те проявяват и фруктозилтрансферазна активност, тъй като са способни да прехвърлят фруктозилови остатъци към захарната киселина на дизахарида.

Тъй като тези ензими могат да работят в много широки граници на рН, някои автори предлагат те да бъдат класифицирани като:

- Киселинен (pH между 4,5 и 5,5)

- Неутрални (pH близо до 7)

- Алкални (pH между 6,5 и 8,0).

Алкални инвертази са съобщени при повечето растения и в цианобактерии, докато бактериите притежават активни инвертази при неутрално и алкално pH.

Растителни инвертази

В растенията има три вида инвертазни ензими, които са разположени в различни субклетъчни отделения и имат различни характеристики и биохимични свойства.

По същия начин, функциите на всеки описан тип инвертаза са различни, тъй като очевидно „насочват“ захароза дисахариди към специфични клетъчни пътища в растението.

Така че, според тяхното подклетъчно разположение, инвертазите от растителен произход могат да бъдат:

- Вакуолни инвертази

- Извънклетъчни инвертази (в клетъчната стена)

- цитозолни инвертази.

Вакуоларните инвертази съществуват като две разтворими и кисели изоформи в лумена на вакуолата, докато "извънклетъчните" инвертази са протеини на периферната мембрана, свързани с плазмената мембрана чрез йонни взаимодействия.

Тъй като вакуоларните и извънклетъчните инвертази катализират хидролизата на захарозата, започвайки с остатъка от фруктоза, те са наречени β-фруктофуранозидази и е доказано, че те действат и върху други олигозахариди, които съдържат остатъци от β-фруктоза, т.е. те не са конкретни.

Другият вид растителни инвертази са цитозолните инвертази, които също съществуват като две неутрални / алкални изоформи. Те са специфични за захарозата и не са проучени толкова добре, колкото другите две.

структура

Повечето от описаните досега инвертази имат димерни и дори мултимерни форми. Единствените известни мономерни инвертази са бактериите и в тези организми имат между 23 и 92 kDa молекулно тегло.

Вакуоларните и извънклетъчните инвертази на растенията имат молекулно тегло между 55 и 70 kDa и по-голямата част са N-гликозилирани. Това важи за повечето от извънклетъчните инвертази, открити в природата, които са свързани с външната страна на плазмената мембрана.

Дрожждевите изоензими имат малко по-голямо молекулно тегло, вариращо от 135 до 270 kDa.

Други изследвания, проведени с бактериални ензими, също показват, че тези ензими имат каталитичен център, богат на β-сгънати структури.

Характеристика

В зависимост от организма, където се експресират, инвертазните ензими могат да изпълняват много основни функции, в допълнение към транспорта на захари и хидролизата на захарозата до съставните й монозахариди. Най-прегледаните естествени функции обаче са от растенията.

Метаболитни функции на инвертазите в растенията

Захарозата, която е субстрат за ензима инвертаза, е една от захарите, които се произвеждат в растенията по време на фотосинтезата, след което въглеродният диоксид се намалява, в присъствието на светлина, за да образува въглехидрати и вода.

Тези въглехидрати са основният източник на енергия и въглерод в не-фотосинтетичните растителни тъкани и трябва да се транспортират съдово чрез флоемата и от листата, които са основните фотосинтетични органи.

В зависимост от включената инвертаза, остатъците от глюкоза и фруктоза, получени от хидролизата на тази захароза, се насочват към различни метаболитни пътища, където те са основното гориво за производство на енергия под формата на АТФ и намаляване на мощността под формата на NADH.

Други важни функции в растенията

Освен че са решаващи за получаването на метаболитна енергия, растителните инвертази участват в контрола на осморегулацията и в растежа и удължаването на растителните клетки.

Това е продукт на увеличението на осмотичното налягане, генерирано от хидролизата на захарозата, което генерира две нови осмотично активни молекули: глюкоза и фруктоза.

Ако се направи библиографски преглед, ще бъде лесно да се провери, че на инвертазата се приписват и функции в защитните механизми на растенията, свързани с патогени.

Установено е, че инвертазата е връзката между разграждането на въглехидратите и отговорите на патогени, тъй като този ензим осигурява захарите, които повишават експресията на захар-индуцируеми гени, които обикновено са свързани с експресията на протеини, свързани с патогени (PR, свързани с патогени).

Промишлена експлоатация на микроорганизмите без обръщане

От откриването си реакцията, катализирана от инвертази, се използва промишлено в много сектори на търговията, включително в пивоварната и хлебната промишленост.

В зоната за храна инвертазите се използват за приготвяне на желета и конфитюри, сладкиши, течни гарнитури или пълни с бисквити и шоколадови бонбони. В допълнение, едно от най-популярните му приложения е производството на сиропи, тъй като те имат по-високо съдържание на захар, но не са податливи на кристализация.

Във фармацевтичната индустрия те са полезни за приготвяне на сиропи за кашлица и таблетки за подпомагане на храносмилането, както и за синтеза на пробиотици и пребиотици, състави за бебешка храна и храна за животни (особено за говеда и пчели).

Те са били използвани и в хартиената промишленост, за производството на козметика, за производството на етилов алкохол и органични киселини като млечна киселина и други. Инвертазите от растителен произход се използват и за синтеза на естествени каучуци.

Препратки

1. Kulshrestha, S., Tiagi, P., Sindhi, V., & Sharma, K. (2013). Инвертаза и неговите приложения - кратък преглед. Journal of Pharmacy Research, 7, 792–797.
2. Lincoln, L., & More, S. (2017). Бактериални инвертази: поява, производство, биохимична характеристика и значение на трансфруктозилирането. Списание за основна микробиология, 1–11.
3. Oddo, LP, Piazza, M., & Pulcini, P. (1999). Инвестирайте дейност в мед. Апидология, 30, 57–65.
4. Roitsch, T., & González, M. (2004). Функция и регулиране на растителните инвертази: сладки усещания. ТЕНДЕНЦИИ в Plant, 9 (12), 606–613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R., & Sinha, AK (2003). Извънклетъчна инвертаза: ключов метаболитен ензим и PR протеин. Списание за експериментална ботаника, 54 (382), 513–524.
6. Струм, А. (1999). Ще инвестирате. Първични структури, функции и роли в развитието на растенията и разделянето на захарозата. Растителна физиология, 121, 1–7.