Zaharazei , de asemenea , cunoscut sub numele de complex zaharazei-izomaltazei este o membrană complexă cu activitate enzimatică α-glycosylase aparținând grupului integralelor hidrolazelor (glicozidazele și peptidaze cuprins).
Este prezent în microvilli intestinali a multor animale terestre precum mamifere, păsări și reptile. Conform diferitelor surse bibliografice, alte denumiri acceptate pentru această enzimă sunt oligo-1,6-glucozidaza, α-metil glucozidaza, izomaltaza și oligozaharida α-1,6-glucozidaza.
Reprezentarea grafică a mecanismului de acțiune a sucrasei (Sursa: NuFS, Universitatea de Stat din San Jose prin Wikimedia Commons)
Este o enzimă cu activitate similară cu invertaza găsită la plante și microorganisme. Funcția sa principală este de a hidroliza legătura glicozidică dintre monosacharide (glucoză și fructoză) care formează zaharoză ingerată cu alimente.
Are funcții digestive foarte importante, deoarece zaharoza nu poate fi transportată ca un dizaharid în celulele intestinale și, prin urmare, hidroliza sa permite absorbția intestinală a monosacharidelor sale constitutive.
Sinteza și activitatea sucraza-izomaltaza din celulele intestinale ale animalelor este reglată la multe niveluri: în timpul transcrierii și translației, în timpul glicozilării și, de asemenea, în timpul procesării lor post-translaționale.
Când oricare dintre aceste evenimente nu reușește sau un tip de mutație are loc în gena care o codifică, la om apare o afecțiune patologică cunoscută sub numele de sindromul deficienței de zaharoză, care este legată de incapacitatea de a metaboliza dizaharidele.
caracteristici
Dizaharidele care servesc ca substrat pentru sucrace la mamifere sunt de obicei produsul activității hidrolitice a enzimelor α-amilaza pancreatice și salivare. Acest lucru se datorează faptului că sucraza nu numai hidrolizează legăturile glicozidice ale zaharozei, ci și legăturile a-1,4 de maltoză și maltotrioză și alte oligozaharide.
Timpul său de înjumătățire variază între 4 și 16 ore, astfel încât celulele intestinale investesc multă energie în ciclurile de sinteză și degradare a sucrasei pentru a-și menține activitatea la niveluri relativ constante.
Sinteză
La fel ca majoritatea enzimelor integrale ale hidrolazei, sucraza (sucraza-izomaltaza sau SI) este o glicoproteină sintetizată în celulele de bordură de perii ca un polipeptid precursor notat pro-SI.
Această moleculă precursoare este transportată pe suprafața apicală a celulelor și acolo este procesată enzimatic de proteaze pancreatice care o împart în două subunități diferite: subunitatea izomaltază și subunitatea sucrasă.
Subunitatea izomaltaza corespunde capătului amino-terminal al pro-SI și are un segment hidrofob (ancoră hidrofobă) la capătul său N-terminal. Acest lucru îi permite să se asocieze cu membrana plasmatică a celulelor de graniță intestinale.
Gena care codifică acest complex la om este localizată pe brațul lung al cromozomului 3 și, având în vedere marea secvență omologie între ambele subunități (mai mult de 40%), s-a sugerat că această enzimă a apărut dintr-un eveniment de duplicare genetică.
Ambele subunități, izomaltaza și sucraza, s-au dovedit a fi capabile să hidrolizeze maltoză și alte α-glucopiranoside, făcând din acest dimer o proteină importantă în digestia carbohidraților.
Structura
Forma inițială a enzimei sucrasă, polipeptidă pro-SI, este de aproximativ 260 kDa și 1827 aminoacizi. Cu toate acestea, activitatea proteolitică a proteazelor pancreatice produce două subunități de 140 kDa și 120 kDa, reprezentând izomaltaza și respectiv zaharasa.
Această enzimă este o glicoproteină cu porțiuni de zaharide N- și O-glicozilate, iar studiile secvenței sale relevă prezența a mai mult de 19 situri de glicozilare. Porțiunile de carbohidrați reprezintă mai mult de 15% din greutatea proteinei și sunt compuse în esență din acid sialic, galactosamină, manoză și N-acetilglucozamină.
Deoarece cele două subunități ale complexului sucraza-izomaltaza nu sunt exact aceleași, mulți autori consideră că această enzimă este de fapt un heterodimer în care fiecare subunitate constă dintr-un lanț polipeptidic glicozilat liniar care se asociază prin legături ne-covalente.
Subunitatea izomaltazei are un segment hidrofob de 20 de resturi de aminoacizi care sunt implicați în asocierea sa cu membrana enterocitelor (celulele intestinale) și care reprezintă o ancoră permanentă și un semnal peptidic pentru a ținta reticulul endoplasmic.
Locul activ al ambelor subunități, zaharasa și izomaltaza, se găsește în membrana plasmatică a enterocitelor, care iese în lumenul intestinal.
Caracteristici
Principalele funcții metabolice ale enzimelor, cum ar fi sucraza-izomaltaza sunt legate de producerea de glucoză și fructoză din zaharoză. Monozaharide care sunt transportate în celulele intestinale și care sunt încorporate în căi metabolice diferite în scopuri diferite.
Mecanismul de acțiune al Sucarase-Izomaltaza la mamifere (Sursa: Areid3 prin Wikimedia Commons)
Glucoza, pentru care există transportatori specifici, poate fi îndreptată intracelular către glicoliză, de exemplu, unde oxidarea acesteia duce la producerea de energie sub formă de ATP și reducerea puterii sub formă de NADH.
Fructoza, pe de altă parte, poate fi de asemenea metabolizată printr-o serie de reacții care încep cu fosforilarea sa la fructoza 1-fosfat și catalizată de o fructokinază hepatică. Aceasta începe includerea acestui substrat în alte rute de producție de energie.
Mai mult, la fel ca în cazul enzimei invertază din plante, activitatea sucraza-izomaltaza are implicații importante în aspectele celulare, cum ar fi presiunea osmotică, care de obicei condiționează evenimente fiziologice precum creșterea, dezvoltarea, transportul moleculelor și altele.
Boli asociate la om
Există o boală autosomală congenitală la om cunoscută sub denumirea de deficiență de sucraza-izomaltaza sau CSID (deficit congenital de zaharasă-izomaltaza), care este legată de defecte în digestia oligo-ului osmotic activ și a dizaharidelor.
Această boală are legătură cu mai mulți factori simultan, printre care au fost identificate prelucrările incorecte ale formei precursoare pro-SI a enzimei, mutații genetice, erori în timpul transportului etc.
Această afecțiune este dificil de diagnosticat, fiind deseori confundată cu intoleranța la lactoză. Prin urmare, este cunoscută și sub denumirea de "intoleranță la zaharoză".
Se caracterizează prin dezvoltarea crampelor abdominale, diaree, vărsături, dureri de cap însoțite de hipoglicemie, lipsă de creștere și creștere în greutate, anxietate și producție excesivă de gaze.
Referințe
- Brunner, J., Hauser, H., Braun, H., Wilson, K., Wecker, W., O'Neill, B., & Semenza, G. (1979). Modul de asociere a complexului enzimatic Sucraza-izomaltaza cu membrana de frontieră a periei intestinale. The Journal of Biological Chemistry, 254 (6), 1821-1828.
- Cowell, G., Tranum-Jensen, J., Sjöström, H., & Norén, O. (1986). Topologia și structura cuaternară a pro-sucrazei / izomaltazei și zaharasei / izomaltazei de formă finală. Jurnalul biochimic, 237, 455-461.
- Hauser, H., & Semenza, G. (1983). Sucrase-izomaltaza: o proteină intrinsecă tulpină a membranei de la marginea periei. Recenzii critice în Bioch, 14 (4), 319–345.
- Hunziker, W., Spiess, M., Semenza, G., & Lodish, HF (1986). Complexul Sucrase-lsomaltaza: Structura primară, Orientarea pe membrană și Evoluția unei proteine de graniță periculoase intrasinice. Celulă, 46, 227-234.
- Naim, HY, Roth, J., Sterchi, EE, Lentze, M., Milla, P., Schmitz, J., & Hauril, H. (1988). Deficiența de sucrase-izomaltază la oameni. J. Clin. Investi. , 82, 667-679.
- Rodriguez, IR, Taravel, FR, & Whelan, WJ (1984). Caracterizarea și funcția sucras-izomaltazei porcului intestinal și a subunităților sale separate. Eur. J. Biochem. , 143, 575-582.
- Schiweck, H., Clarke, M., & Pollach, G. (2012). Zahăr. În Enciclopedia de chimie industrială a lui Ullmann (Vol. 34, p. 72). Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
- Treem, W. (1995). Deficiență congenitală de zaharoză-izomaltază. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 21, 1-14.