INVERTASA: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

Den invertase , også kjent som β-fruktofuranosid frukto hydrolase, en glykosylgruppe hydrolaseenzym rikelig i naturen. Den er i stand til å hydrolysere glykosidbindingen mellom de to monosakkaridene som utgjør sukrose, og produserer den "omvendte" sukker glukose og fruktose.

Den er til stede i mikroorganismer, dyr og planter, men de mest studerte enzymer er de med planteopprinnelse og bakterier og gjær, siden de har fungert som en modell for mange banebrytende kinetiske studier innen enzymologi.

Molekylstruktur av anlegget Invertase-enzym (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-ansatte ved European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Invertase deltar i en katalytisk reaksjon som tillater frigjøring av glukoserester som, avhengig av de fysiologiske behovene til organismen der den uttrykkes, kan brukes til å oppnå ATP og NADH. Med dette er det mulig å syntetisere lagringspolysakkarider i forskjellige organeller eller vev, blant andre.

Denne typen enzym deltar også i kontrollen av differensiering og celleutvikling, siden de er i stand til å produsere monosakkarider som i planter også har viktige funksjoner i reguleringen av genuttrykk.

De finnes vanligvis på skinnet av vintreet frukt, erter, japanske pæreplanter og havre. Selv om de mest kommersielt utnyttede enzymene er gjær som S. cerevisiae og de av visse typer bakterier.

kjennetegn

I naturen kan man finne forskjellige former for invertaser, og dette avhenger hovedsakelig av organismen som blir vurdert. Gjær har for eksempel to typer invertase: en intracellulær eller cytosolisk og en ekstracellulær eller periplasmisk (mellom celleveggen og plasmamembranen).

I bakterier fungerer invertaser i hydrolyse av sukrose, men når de blir møtt med høye konsentrasjoner av dette underlaget, utviser de også fruktosyltransferaseaktivitet, siden de er i stand til å overføre fruktosylrester til disakkaridet sukrose.

Siden disse enzymene kan fungere i veldig brede pH-områder, har noen forfattere foreslått at de kan klassifiseres som:

- Surt (pH mellom 4,5 og 5,5)

- Nøytraler (pH nær 7)

- Alkalisk (pH mellom 6,5 og 8,0).

Alkaliske invertaser er rapportert i de fleste planter og i cyanobakterier, mens bakterier har aktive invertaser ved nøytral og alkalisk pH.

Vegetabilske invertaser

I planter er det tre typer invertaseenzymer, som er lokalisert i forskjellige subcellulære rom og som har forskjellige egenskaper og biokjemiske egenskaper.

På samme måte er funksjonene til hver type invertase beskrevet forskjellige, siden de tilsynelatende "dirigerer" sukrosedisakkarider til spesifikke celleveier i anlegget.

I henhold til deres subcellulære beliggenhet kan invertaser av planteopprinnelse være:

- Vacuolar invertaser

- Ekstracellulære invertaser (i celleveggen)

- Cytosoliske invertaser.

Vacuolare invertaser eksisterer som to oppløselige og sure isoformer i vakuumets lumen, mens "ekstracellulære" invertaser er perifere membranproteiner, assosiert med plasmamembranen gjennom ioniske interaksjoner.

Siden både vakuolære og ekstracellulære invertaser katalyserer hydrolysen av sukrose med utgangspunkt i fruktose-restene, har disse blitt kalt β-fruktofuranosidaser, og det har vist seg at de også virker på andre oligosakkarider som inneholder p-fruktose-rester, det vil si de er ikke spesifikke.

Den andre typen invertaser i planten er cytosoliske invertaser, som også finnes som to nøytrale / alkaliske isoformer. Disse er spesifikke for sukrose og har ikke blitt studert så godt som de to andre.

Struktur

De fleste av invertasene beskrevet så langt har dimere og til og med multimeriske former. De eneste kjente monomere invertaser er bakterier og har mellom 23 og 92 kDa molekylvekt.

De vakuolare og ekstracellulære invertaser fra planter har molekylvekter mellom 55 og 70 kDa, og majoriteten er N-glykosylert. Dette gjelder for de fleste av de ekstracellulære invertaser som finnes i naturen, og som er assosiert med den ytre overflaten av plasmamembranen.

Gærisoenzymer har noe høyere molekylvekt, alt fra 135 til 270 kDa.

Andre studier utført med bakterielle enzymer har også vist at disse enzymene har et katalytisk senter rik på ß-foldede strukturer.

Egenskaper

Avhengig av organismen der de kommer til uttrykk, kan invertaseenzymer utfylle mange grunnleggende funksjoner, i tillegg til transport av sukker og hydrolyse av sukrose til dets monosakkarider. Imidlertid er de mest gjennomgåtte naturfunksjonene fra planter.

Metabolske funksjoner av invertaser i planter

Sukrose, som er et underlag for invertase-enzymet, er en av sukkerene som produseres i planter under fotosyntesen, hvoretter karbondioksid reduseres, i nærvær av lys, for å danne karbohydrater og vann.

Disse karbohydratene er hovedkilden til energi og karbon i ikke-fotosyntetiske plantevev og må transporteres vaskulært gjennom floemet og fra bladene, som er de viktigste fotosyntetiske organene.

Avhengig av hvilken invertase som er involvert, blir glukose- og fruktose-restene oppnådd fra hydrolysen av denne sukrosen ledet til forskjellige metabolske veier, hvor de er det essensielle drivstoffet for å produsere energi i form av ATP og redusere kraft i form av NADH.

Andre viktige funksjoner i planter

I tillegg til å være avgjørende for å skaffe metabolsk energi, deltar planteinvertaser i kontrollen av osmoregulering og i vekst og forlengelse av planteceller.

Dette er resultatet av økningen i osmotisk trykk generert ved hydrolyse av sukrose, som genererer to nye osmotisk aktive molekyler: glukose og fruktose.

Hvis det gjøres en bibliografisk gjennomgang, vil det være lett å verifisere at invertase også tilskrives funksjoner i forsvarsmekanismene til planter relatert til patogener.

Det er fastslått at invertase er forbindelsen mellom karbohydratnedbrytning og responser på patogener, siden dette enzymet gir sukker som øker uttrykket av sukkerinduserbare gener, som vanligvis er relatert til uttrykk av proteiner relatert til patogener (PR, Pathogen Relatert).

Industriell utnyttelse av invertaser av mikroorganisme

Siden oppdagelsen har reaksjonen katalysert av invertaser blitt industrielt utnyttet i mange handelssektorer, inkludert brygge- og bakeriindustrien.

På matområdet brukes invertaser til tilberedning av gelé og syltetøy, søtsaker, flytende pålegg eller fylt med kjeks og sjokolade. I tillegg er en av de mest populære bruksområdene den for produksjon av sirup, siden disse har et høyere sukkerinnhold, men ikke er utsatt for krystallisering.

I den farmasøytiske industrien er de nyttige for fremstilling av hostesirup og fordøyelseshjelp-tabletter, så vel som for syntese av probiotika og prebiotika, babymat og dyrefôrformuleringer (spesielt for storfe og bier).

De har også blitt brukt i papirindustrien, for fremstilling av kosmetikk, for produksjon av etylalkohol og organiske syrer som melkesyre og andre. Invertaser av vegetabilsk opprinnelse utnyttes også for syntese av naturlige gummier.

referanser

1. Kulshrestha, S., Tyagi, P., Sindhi, V., & Sharma, K. (2013). Invertase og dens applikasjoner - En kort gjennomgang. Journal of Pharmacy Research, 7, 792–797.
2. Lincoln, L., & More, S. (2017). Bakterieinvertaser: Forekomst, produksjon, biokjemisk karakterisering og transfruktosylerings betydning. Journal of Basic Microbiology, 1–11.
3. Oddo, LP, Piazza, M., & Pulcini, P. (1999). Invester aktivitet i honning. Apidologie, 30, 57–65.
4. Roitsch, T., & González, M. (2004). Funksjon og regulering av planteinvertaser: søte sensasjoner. TRENDS in Plant, 9 (12), 606–613.
5. Roitsch, T., Balibrea, ME, Hofmann, M., Proels, R., & Sinha, AK (2003). Ekstracellulær invertase: nøkkelmetabolsk enzym og PR-protein. Journal of Experimental Botany, 54 (382), 513–524.
6. Strum, A. (1999). Du vil investere. Primære strukturer, funksjoner og roller i planteutvikling og sukrose-oppdeling. Plantefysiologi, 121, 1–7.