Sukraza, također poznat kao sukraza-isomaltase kompleks je kompleks membrana s enzimsku aktivnost α-glikosilaza pripadaju skupini integrali hidrolaze (glikozidaza i peptidaze sastoji).
Prisutna je u crijevnim mikrovillijama mnogih kopnenih životinja poput sisavaca, ptica i gmazova. Prema različitim bibliografskim izvorima, drugi prihvaćeni nazivi za ovaj enzim su oligo-1,6-glukozidaza, α-metil glukozidaza, izomaltaza i oligosaharid α-1,6-glukozidaza.
Grafički prikaz mehanizma djelovanja sukraze (Izvor: NuFS, Sveučilište San Jose, via Wikimedia Commons)
To je enzim s aktivnostima sličnim invertazi koja se nalazi u biljkama i mikroorganizmima. Njegova primarna funkcija je hidroliziranje glikozidne veze između monosaharida (glukoze i fruktoze) koji čine saharozu zaraženu hranom.
Ima vrlo važne probavne funkcije, jer saharoza se ne može transportirati kao disaharid u stanice crijeva i, zato, njegova hidroliza omogućuje crijevnu apsorpciju njegovih sastavnih monosaharida.
Sinteza i aktivnost suharaze-izomaltaze u stanicama crijeva životinja regulirana je na mnogim razinama: tijekom transkripcije i prevođenja, tijekom glikozilacije, kao i tijekom njihove post-translacijske obrade.
Kad bilo koji od ovih događaja propadne ili se dogodi neka vrsta mutacije u genu koji ga kodira, kod ljudi se javlja patološko stanje poznato kao sindrom nedostatka saharoze, koje je povezano s nemogućnošću metabolizacije disaharida.
karakteristike
Disaharidi koji služe kao supstrati sukrazi kod sisavaca obično su proizvod hidrolatne aktivnosti enzima pljuvačke i pankreasa α-amilaze. To je zato što sukraza ne samo hidrolizira glikozidne veze saharoze, već i α-1,4 veze maltoze i maltotrioze i drugih oligosaharida.
Njegov poluživot varira između 4 i 16 sati, tako da crijevne stanice ulažu puno energije u sintezu i razgradnju sukraze kako bi održale svoju aktivnost na relativno konstantnim razinama.
Sinteza
Poput većine integralnih hidrolaznih enzima, suharaza (suharaza-izomaltaza ili SI) je glikoprotein sintetiziran u graničnim stanicama četkice kao prekursorski polipeptid označen kao pro-SI.
Ova molekula prekursora transportira se na apikalnu površinu stanica i tamo se enzimski obrađuje proteaze gušterače koje ga dijele na dvije različite podjedinice: izomaltaznu podjedinicu i subracu sukrazu.
Podjedinica izomaltaze odgovara amino-terminalnom kraju pro-SI i na svom N-terminalnom kraju ima hidrofobni segment (hidrofobno sidro). To mu omogućuje da se udruži s plazma membranom staničnih granica crijevnih četkica.
Gen koji kodira ovaj kompleks kod ljudi nalazi se na dugom kraku kromosoma 3, a s obzirom na veliku homolognost sekvenci između obje podjedinice (više od 40%), sugerira se da je ovaj enzim nastao iz događaja umnožavanja geneta.
Pokazalo se da su obje podjedinice, izomaltaza i sukraza sposobne hidrolizirati maltozu i druge α-glukopiranozide, što ovaj dimer čini važni protein u probavi ugljikohidrata.
Struktura
Početni oblik enzima suraze, pro-SI polipeptid, je približno 260 kDa i 1827 aminokiselina. Međutim, proteolitička aktivnost pankreasnih proteaza proizvodi dvije podjedinice od 140 kDa i 120 kDa, što predstavlja izomaltazu i sukrazu.
Ovaj enzim je glikoprotein s N- i O-glikoziliranim saharidnim dijelovima, a njegova istraživanja sekvenci otkrivaju prisutnost više od 19 mjesta glikozilacije. Udjeli ugljikohidrata predstavljaju više od 15% mase proteina i u osnovi se sastoje od sijalne kiseline, galaktozamina, manoze i N-acetilglukozamina.
Kako dvije podjedinice kompleksa suhara-izomaltaza nisu potpuno iste, mnogi autori smatraju da je ovaj enzim zapravo heterodimer gdje se svaka podjedinica sastoji od linearnog glikoziliranog polipeptidnog lanca koji se povezuje preko nekovalentnih veza.
Podjedinica izomaltaze ima hidrofobni segment od 20 aminokiselinskih ostataka koji su uključeni u njezinu povezanost sa membranom enterocita (crijevne stanice) i koji predstavljaju trajno sidro i peptidni signal da ciljaju endoplazmatski retikulum.
Aktivno mjesto obje podjedinice, sukraze i izomaltaze, nalazi se u plazma membrani enterocita koji strše u crijevni lumen.
Značajke
Glavne metaboličke funkcije enzima kao što je sukroza-izomaltaza povezane su s proizvodnjom glukoze i fruktoze iz saharoze. Monosaharidi koji se transportiraju u stanice crijeva i koji su ugrađeni u različite metaboličke puteve za različite svrhe.
Mehanizam djelovanja Sukarase-Izomaltaze u sisavaca (Izvor: Areid3 putem Wikimedia Commons)
Glukoza, za koju postoje specifični transporteri, može se usmjeriti unutar staničnog prema glikolizi, na primjer, gdje njezina oksidacija dovodi do stvaranja energije u obliku ATP-a i smanjuje snagu u obliku NADH.
Fruktoza se, s druge strane, može metabolizirati i nizom reakcija koje započinju njenom fosforilacijom u fruktozu-1-fosfatom, a kataliziraju jetrenu fruktokinazu. Ovim započinje uključivanje ovog supstrata u druge načine proizvodnje energije.
Nadalje, kao i kod enzima invertaze u biljkama, aktivnost sukroze-izomaltaze ima važne implikacije na stanične aspekte kao što je osmotski tlak, koji obično uvjetuje fiziološke događaje poput rasta, razvoja, transporta molekula i drugih.
Srodne bolesti kod ljudi
Kod ljudi postoji urođena autosomna bolest poznata kao nedostatak sukraze-izomaltaze ili CSID (kongenitalni nedostatak sukraze-izomaltaze), koja je povezana s oštećenjima u probavi osmotski aktivnih oligo- i disaharida.
Ova bolest ima veze s nekoliko istodobnih čimbenika, među kojima su utvrđene pogrešna obrada enzima enzima pro-SI prekursora, genetske mutacije, pogreške tijekom transporta itd.
Ovo je stanje teško dijagnosticirati, često ga se brka s netolerancijom na laktozu. Stoga je poznata i kao "netolerancija saharoze".
Karakterizira ga razvoj trbušnih grčeva, proljev, povraćanje, glavobolja praćena hipoglikemijom, nedostatkom rasta i povećanja tjelesne težine, tjeskobom i pretjeranom proizvodnjom plina.
Reference
- Brunner, J., Hauser, H., Braun, H., Wilson, K., Wecker, W., O'Neill, B., i Semenza, G. (1979). Način povezivanja enzimske kompleksove sukrase-izomaltaze s granicom membrane crijeva. Časopis za biološku kemiju, 254 (6), 1821–1828.
- Cowell, G., Tranum-Jensen, J., Sjöström, H., & Norén, O. (1986). Topologija i kvartarna struktura pro-sukare / izomaltaze i sukraze / izomaltaze konačnog oblika. Biochemical Journal, 237, 455-461.
- Hauser, H., & Semenza, G. (1983). Sukraza-izomaltaza: stalni unutarnji protein membrane granične četkice. Kritički osvrti u Biochu, 14 (4), 319–345.
- Hunziker, W., Spiess, M., Semenza, G., i Lodish, HF (1986). Kompleks Sucrase-lsomaltaza: primarna struktura, orijentacija na membranu i evolucija stalnog, unutarnjeg graničnog proteina stalka. Ćelija, 46, 227-234.
- Naim, HY, Roth, J., Sterchi, EE, Lentze, M., Milla, P., Schmitz, J., i Hauril, H. (1988). Nedostatak sukrase-izomaltaze u ljudi. J. Clin. Investirati., 82, 667-679.
- Rodriguez, IR, Taravel, FR, & Whelan, WJ (1984). Karakterizacija i funkcija crijevne sukore-izomaltaze svinja i njezinih zasebnih podjedinica. J. Biochem., 143, 575-582.
- Schiweck, H., Clarke, M., & Pollach, G. (2012). Šećer. U Ullmannovoj enciklopediji industrijske kemije (svezak 34, str. 72). Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
- Treem, W. (1995). Kongenitalni nedostatak sakraze i izomaltaze. Časopis za dječju gastroenterologiju i prehranu, 21, 1–14.