Введение
Класс ферментов, гидролизующих дисахариды. β-Фруктофуранозидаза – это фермент, который катализирует гидролиз (расщепление) сахарозы на фруктозу и глюкозу. Альтернативные названия β-фруктофуранозидазы включают инвертазу, сахаразу, глюкозукразу, β-фруктозидазу, инвертин, фруктозилинвертазу, щелочную инвертазу, кислую инвертазу и систематическое название: β-фруктофуранозидаза. Полученная смесь фруктозы и глюкозы называется инвертным сахарным сиропом. Сукразы тесно связаны с инвертазами. Инвертазы и сукразы гидролизуют сахарозу, образуя одинаковую смесь глюкозы и фруктозы. Инвертаза – это гликопротеин, который гидролизует (разрывает) нередуцирующие концевые остатки β-фруктофуранозидов. Инвертазы расщепляют связь O-C (фруктозную), в то время как сукразы расщепляют связь O-C (глюкозную). Инвертаза расщепляет α-1,2-гликозидную связь сахарозы. Для промышленного использования инвертазу обычно получают из дрожжей. Она также синтезируется пчелами, которые используют ее для производства меда из нектара. Оптимальная температура, при которой скорость реакции максимальна, составляет 60 °C, а оптимальный pH – 4,5. Обычно инвертирование сахара проводят с использованием серной кислоты.
β Fructofuranosidase is an enzyme that catalyzes the hydrolysis (breakdown) of the table sugar sucrose into fructose and glucose. Alternative names for β fructofuranosidase include invertase, saccharase, glucosucrase, β fructosidase, invertin, fructosylinvertase, alkaline invertase, acid invertase, and the systematic name: β fructofuranosidase. The resulting mixture of fructose and glucose is called inverted sugar syrup. Related to invertases are sucrases. Invertases and sucrases hydrolyze sucrose to give the same mixture of glucose and fructose. Invertase is a glycoprotein that hydrolyses (cleaves) the non reducing terminal β fructofuranoside residues. Invertases cleave the O C(fructose) bond, whereas the sucrases cleave the O C(glucose) bond. Invertase cleaves the α 1,2 glycosidic bond of sucrose. For industrial use, invertase is usually derived from yeast. It is also synthesized by bees, which use it to make honey from nectar. Optimal temperature at which the rate of reaction is at its greatest is 60 °C and an optimum pH of 4.5. Typically, sugar is inverted with sulfuric acid.
Ингибирование
Мочевина действует как чистый неконкурентный ингибитор инвертазы, предположительно, нарушая внутримолекулярные водородные связи, поддерживающие третичную структуру фермента.
Путь реакции
Инвертаза катализирует расщепление сахарозы на два моносахарида – глюкозу и фруктозу. Эта специфическая инвертаза (β фруктофуранозидаза) расщепляет молекулу с фруктозного конца, в результате чего образуются два моносахарида. Это происходит путем присоединения иона водорода к гликозидному атому посредством катиона имидазолия. После этого остается нестабильный промежуточный карбониевый ион, образующийся в результате отщепления спиртовой группы. В завершение, нуклеофильный атом кислорода из спирта или воды атакует катион C2, что приводит к образованию молекулы фруктозы. Анион карбоксилата в активном центре участвует в стабилизации неравномерного распределения электронов на протяжении всего этого процесса.
Цель инвертазы в дрожжах
Как упоминалось ранее, инвертаза обычно содержится в пекарских дрожжах. Одна из основных причин, по которой пекари используют эти дрожжи, – это помощь в подъеме теста, но другая причина – влияние на увеличение содержания сахара в хлебе. Эта функция возможна благодаря наличию инвертазы, поскольку глюкоза и фруктоза слаще сахарозы. При изучении инвертазы у разных видов дрожжей было установлено, что ее активность варьируется. Пекарские дрожжи отличаются более высокой активностью инвертазы, что способствует более интенсивному проявлению сладости.
Известные кристаллические структуры
Продолжая изучение инвертазы на примере Saccharomyces, можно заметить, что она обладает уникальной структурой – октамерической четвертичной структурой. Внутри этой октамерической структуры наблюдаются два типа димеризации, которые, в свою очередь, формируют октамер. Димеризация – важный аспект сворачивания белка, поскольку она повышает аффинность связывания субстрата. Кристаллическая структура показывает, что инвертаза состоит из восьми субъединиц. Октамерная форма образована двумя различными типами димеров: димером с “закрытой” организацией и димером с “открытой” сборкой. Каждый из этих типов содержит две субъединицы, расположенные напротив друг друга в структуре. Димеры с “закрытой” организацией имеют четырнадцать из тридцати двух водородных связей, образованных в каталитическом домене, что создает более плотный карман для лиганда и, следовательно, повышает стабильность. В отличие от этого, димеры с “открытой” сборкой содержат лишь несколько водородных связей в каталитическом домене, а укрепление кармана обеспечивается солевыми мостиками между Asp 45 и Lys 385. Более слабые взаимодействия в димерах с “открытой” сборкой приводят к большей нестабильности, что проявляется в более низкой температуре денатурации и меньшей устойчивости при высокоскоростном центрифугировании. Способ сборки этих двух димеров формирует антипараллельный β-лист, состоящий из β-сэндвичей, образованных двумя β-листами.
Известные активные участки
В то время как основное внимание уделялось инвертазе в Saccharomyces, одно из известных активных центров находится в инвертазе в Bifidobacterium longum и локализовано в β-пропеллерном домене. β-пропеллерный домен представляет собой внутреннюю часть воронки, образованной пятью лопастями. Особое внимание следует обратить на аминокислоты Asp 54 и Glu 235, расположенные на первой нити лопастей 1 и 4, а также Asn 53, Gln 70, Trp 78, Ser 114, Arg 180 и Asp 181, участвующие во взаимодействии с фруктофуранозидным кольцом.