В сукраза, известен също като захарозо-изомалтаза комплекс е комплекс мембрана с ензимна активност α-гликозилаза, принадлежащ към групата на интеграли хидролази (гликозидази и пептидази състоят).
Той присъства в чревните микровилини на много сухоземни животни като бозайници, птици и влечуги. Според различни библиографски източници, други приети имена на този ензим са олиго-1,6-глюкозидаза, α-метил глюкозидаза, изомалтаза и олигозахарид α-1,6-глюкозидаза.
Графично представяне на механизма на действие на сукраза (Източник: NuFS, Държавен университет Сан Хосе чрез Wikimedia Commons)
Това е ензим с активност, подобна на инвертаза, намираща се в растенията и микроорганизмите. Основната му функция е да хидролизира гликозидната връзка между монозахаридите (глюкоза и фруктоза), които образуват захароза, погълната от храната.
Той има много важни храносмилателни функции, тъй като захарозата не може да се транспортира като дизахарид в чревните клетки и следователно нейната хидролиза позволява чревната абсорбция на съставните му монозахариди.
Синтезът и активността на сукраза-изомалтаза в чревните клетки на животни се регулират на много нива: по време на транскрипция и транслация, по време на гликозилиране, а също и по време на тяхната пост-транслационна обработка.
Когато някое от тези събития се провали или се появи някакъв вид мутация в гена, който го кодира, при хора възниква патологично състояние, известно като синдром на дефицит на захароза, което е свързано с невъзможността за метаболизиране на дизахаридите.
характеристики
Дисахаридите, които служат като субстрати за сукраза при бозайници, обикновено са продукт на хидролитичната активност на слюнчените и панкреатичните а-амилазни ензими. Това е така, защото сукразата не само хидролизира гликозидните връзки на захарозата, но и α-1,4 връзките на малтозата и малтотриозата и други олигозахариди.
Нейният полуживот варира между 4 и 16 часа, така че чревните клетки инвестират много енергия в цикли на синтез и разграждане на сукраза, за да поддържат активността си на относително постоянни нива.
синтез
Подобно на повечето интегрални хидролазни ензими, сукразата (сукраза-изомалтаза или SI) е гликопротеин, синтезиран в граничните клетки на четката като предшестващ полипептид, обозначен като pro-SI.
Тази молекула-предшественик се транспортира до апикалната повърхност на клетките и там се ензимно обработва от панкреатични протеази, които я разделят на две различни субединици: изомалтазна субединица и сукраза-субединица.
Изомалтазната субединица съответства на аминотерминалния край на про-SI и има хидрофобен сегмент (хидрофобна котва) в своя N-краен край. Това му позволява да се свързва с плазмената мембрана на чревните гранични клетки на четката.
Генът, кодиращ този комплекс при хора, е разположен на дългото рамо на хромозома 3 и предвид голямата хомология на последователността между двете субединици (повече от 40%), се предполага, че този ензим е възникнал от генетично дублиране.
Доказано е, че и двете субединици, изомалтаза и сукраза, способни да хидролизират малтоза и други α-глюкопиранозиди, което прави този димер важен протеин в храносмилането на въглехидрати.
структура
Първоначалната форма на ензимната захара, pro-SI полипептидът, е приблизително 260 kDa и 1827 аминокиселини. Въпреки това, протеолитичната активност на панкреатичните протеази произвежда две субединици от 140 kDa и 120 kDa, представляващи съответно изомалтаза и сукраза.
Този ензим е гликопротеин с N- и О-гликозилирани захаридни части и изследванията му за последователност разкриват наличието на повече от 19 места на гликозилиране. Въглехидратните части представляват повече от 15% от теглото на протеина и по същество са съставени от сиалова киселина, галактозамин, маноза и N-ацетилглюкозамин.
Тъй като двете субединици на комплекса сукраза-изомалтаза не са абсолютно еднакви, много автори считат, че този ензим всъщност е хетеродимер, където всяка субединица се състои от линейна гликозилирана полипептидна верига, която се свързва чрез нековалентни връзки.
Субединицата на изомалтазата има хидрофобен сегмент от 20 аминокиселинни остатъци, които участват в нейната връзка с мембраната на ентероцитите (чревните клетки) и представляват постоянен котва и пептиден сигнал за насочване към ендоплазмения ретикулум.
Активното място на двете субединици, сукраза и изомалтаза, се намира в плазмената мембрана на ентероцитите, стърчащи в чревния лумен.
Характеристика
Основните метаболитни функции на ензими като сукраза-изомалтаза са свързани с производството на глюкоза и фруктоза от захароза. Монозахариди, които се транспортират в чревните клетки и са включени в различни метаболитни пътища за различни цели.
Механизъм на действие на Сукараза-Изомалтаза при бозайници (Източник: Areid3 чрез Wikimedia Commons)
Глюкозата, за която има специфични преносители, може да бъде насочена вътреклетъчно към гликолиза, например, когато нейното окисляване води до производството на енергия под формата на АТФ и намаляване на мощността под формата на NADH.
Фруктозата, от друга страна, също може да се метаболизира чрез поредица от реакции, започващи с нейното фосфорилиране към фруктоза 1-фосфат и катализирани от чернодробна фруктокиназа. Това започва включването на този субстрат към други пътища за производство на енергия.
Освен това, както при ензима инвертаза в растенията, активността на сукраза-изомалтаза има важно влияние върху клетъчните аспекти като осмотичното налягане, което обикновено обуславя физиологични събития като растеж, развитие, транспорт на молекули и други.
Свързани заболявания при хората
При хората има вродено автозомно заболяване, известно като дефицит на сукраза-изомалтаза или CSID (вроден дефицит на сукраза-изомалтаза), което е свързано с дефекти в храносмилането на осмотично активни олиго- и дизахариди.
Това заболяване има връзка с няколко едновременни фактора, сред които са установени неправилната обработка на про-SI прекурсорната форма на ензима, генетични мутации, грешки по време на транспортиране и др.
Това състояние е трудно да се диагностицира, често се бърка с непоносимост към лактоза. Следователно, тя е известна още като "непоносимост към захароза".
Характеризира се с развитие на коремни спазми, диария, повръщане, главоболие, придружено от хипогликемия, липса на растеж и наддаване на тегло, безпокойство и прекомерно производство на газове.
Препратки
- Brunner, J., Hauser, H., Braun, H., Wilson, K., Wecker, W., O'Neill, B., & Semenza, G. (1979). Начинът на свързване на ензимния комплекс Сукраза-Изомалтаза с граничната мембрана на чревната четка. The Journal of Biological Chemistry, 254 (6), 1821–1828.
- Cowell, G., Tranum-Jensen, J., Sjöström, H., & Norén, O. (1986). Топология и кватернерна структура на про-сукраза / изомалтаза и крайна форма сукраза / изомалтаза. Биохимичен вестник, 237, 455-461.
- Hauser, H., & Semenza, G. (1983). Сукраза-Изомалтаза: Стабилен вътрешен протеин на граничната мембрана на четката. Критични рецензии в Bioch, 14 (4), 319–345.
- Hunziker, W., Spiess, M., Semenza, G., & Lodish, HF (1986). Комплексът Сукраза-изомалтаза: Първична структура, ориентация към мембрана и еволюция на граничен протеин на вътрешно четка. Клетка, 46, 227-234.
- Naim, HY, Roth, J., Sterchi, EE, Lentze, M., Milla, P., Schmitz, J., & Hauril, H. (1988). Дефицит на сукраза-изомалтаза при хората. J. Clin. Инвестирам., 82, 667-679.
- Rodriguez, IR, Taravel, FR, & Whelan, WJ (1984). Характеристика и функция на чревната свиня сукраза-изомалтаза и отделните й подразделения. Е. J. Biochem., 143, 575-582.
- Schiweck, H., Clarke, M., & Pollach, G. (2012). Захар. В Енциклопедия на индустриалната химия на Улман (том 34, стр. 72). Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
- Treem, W. (1995). Вродена дефицит на сукраза-изомалтаза. Списание за детска гастроентерология и хранене, 21, 1–14.