Den sucrase, også kendt som sucrase-isomaltase kompleks er et kompleks membran med enzymatisk aktivitet α-glycosylase tilhører gruppen af integraler hydrolaser (glycosidaser og peptidaser omfattede).
Det er til stede i tarmmikrovilli fra mange landdyr, såsom pattedyr, fugle og krybdyr. I henhold til forskellige bibliografiske kilder er andre accepterede navne på dette enzym oligo-1,6-glucosidase, a-methylglucosidase, isomaltase og oligosaccharid a-1,6-glucosidase.
Grafisk gengivelse af mekanismen for sucrase (Kilde: NuFS, San Jose State University via Wikimedia Commons)
Det er et enzym med aktivitet svarende til invertase findes i planter og mikroorganismer. Dets primære funktion er at hydrolysere den glykosidiske binding mellem monosaccharider (glukose og fruktose), der udgør sucrose indtaget med mad.
Det har meget vigtige fordøjelsesfunktioner, da saccharose ikke kan transporteres som et disaccharid ind i tarmcellerne, og dens hydrolyse tillader derfor intestinal absorption af dets bestanddele monosaccharider.
Syntese og aktivitet af sucrase-isomaltase i tarmscellerne hos dyr reguleres på mange niveauer: under transkription og translation, under glycosylering og også under deres post-translationelle behandling.
Når en af disse hændelser mislykkes, eller en eller anden form for mutation forekommer i genet, der koder for det, forekommer en patologisk tilstand kendt som sucrose deficiency syndrom hos mennesker, som er relateret til manglende evne til at metabolisere disaccharider.
egenskaber
Disacchariderne, der tjener som substrater til sucrase hos pattedyr, er normalt produktet af den hydrolytiske aktivitet af spyt- og pancreas-a-amylaseenzymer. Dette skyldes, at sucrase ikke kun hydrolyserer de glycosidiske bindinger af saccharose, men også a-1,4-bindingerne af maltose og maltotriose og andre oligosaccharider.
Dens halveringstid varierer mellem 4 og 16 timer, så tarmceller investerer en masse energi i syntesen og nedbrydningscyklusserne af sucrase for at opretholde dens aktivitet på relativt konstante niveauer.
syntese
Som de fleste integrerede hydrolaseenzymer er sucrase (sucrase-isomaltase eller SI) et glycoprotein syntetiseret i børstegrænseceller som et precursor-polypeptid betegnet pro-SI.
Dette forløbermolekyle transporteres til den apikale overflade af celler, og der behandles det enzymatisk af pancreasproteaser, der deler det i to forskellige underenheder: isomaltase-underenheden og sukraseenheden.
Isomaltase-underenheden svarer til den aminoterminalende ende af pro-SI og har et hydrofobt segment (hydrofobt anker) ved sin N-terminale ende. Dette tillader det at forbinde med plasmamembranen i tarmbørstegrænseceller.
Genet, der koder for dette kompleks hos mennesker, er placeret på den lange arm af kromosom 3, og i betragtning af den store sekvenshomologi mellem begge underenheder (mere end 40%) er det blevet antydet, at dette enzym stammede fra en genetisk duplikationsbegivenhed.
Begge underenheder, isomaltase og sucrase, har vist sig at være i stand til at hydrolysere maltose og andre a-glucopyranosider, hvilket gør denne dimer til et vigtigt protein i kulhydratfordøjelsen.
Struktur
Den indledende form af enzymet sucrase, pro-SI-polypeptidet, er ca. 260 kDa og 1827 aminosyrer. Imidlertid frembringer den proteolytiske aktivitet af pancreasproteaser to underenheder på henholdsvis 140 kDa og 120 kDa, hvilket repræsenterer isomaltase og sucrase.
Dette enzym er et glycoprotein med N- og O-glycosyleret sacchariddel, og dets sekvensundersøgelser afslører tilstedeværelsen af mere end 19 glycosyleringssteder. Carbohydratdelene repræsenterer mere end 15% af proteinets vægt og er i det væsentlige sammensat af sialinsyre, galactosamin, mannose og N-acetylglucosamin.
Da de to underenheder i sucrase-isomaltase-komplekset ikke er nøjagtigt de samme, mener mange forfattere, at dette enzym faktisk er en heterodimer, hvor hver underenhed består af en lineær glycosyleret polypeptidkæde, der associeres gennem ikke-kovalente bindinger.
Isomaltase-underenheden har et hydrofobt segment på 20 aminosyrerester, der er involveret i dets forbindelse med membranen af enterocytter (tarmceller), og som repræsenterer et permanent anker og et peptidsignal til at målrette det endoplasmatiske retikulum.
Det aktive sted for begge underenheder, sucrase og isomaltase, findes i plasmamembranen af enterocytter, der stikker ud i tarmen.
Funktioner
De vigtigste metaboliske funktioner af enzymer, såsom sucrase-isomaltase, er relateret til produktionen af glucose og fructose fra sucrose. Monosaccharider, der transporteres ind i tarmceller, og som er inkorporeret i forskellige metaboliske veje til forskellige formål.
Virkningsmekanisme af Sucarase-Isomaltase hos pattedyr (Kilde: Areid3 via Wikimedia Commons)
Glukose, som der er specifikke transportører for, kan dirigeres intracellulært mod glycolyse, for eksempel, hvor dens oxidation fører til produktion af energi i form af ATP og reducerende magt i form af NADH.
Fruktose kan på den anden side også metaboliseres ved en række reaktioner, der begynder med dens fosforylering til fructose 1-phosphat og katalyseres af en lever-fructokinase. Dette begynder inkluderingen af dette underlag til andre energiproduktionsveje.
Ligesom med invertaseenzymet i planter har sucrase-isomaltase-aktiviteten vigtige implikationer i cellulære aspekter, såsom osmotisk tryk, der normalt konditionerer fysiologiske begivenheder såsom vækst, udvikling, transport af molekyler og andre.
Relaterede sygdomme hos mennesker
Der er en medfødt autosomal sygdom hos mennesker, der er kendt som sucrase-isomaltase deficiency eller CSID (Congenital sucrase-isomaltase deficiency), som er relateret til defekter i fordøjelsen af osmotisk aktive oligo- og disaccharider.
Denne sygdom har at gøre med adskillige samtidige faktorer, blandt hvilke en forkert behandling af pro-SI-forløberform af enzymet, genetiske mutationer, fejl under transport osv. Er blevet identificeret.
Denne tilstand er vanskelig at diagnosticere, idet den ofte forveksles med laktoseintolerance. Derfor er det også kendt som "saccharoseintolerance."
Det er kendetegnet ved udvikling af mavekramper, diarré, opkast, hovedpine ledsaget af hypoglykæmi, manglende vækst og vægtøgning, angst og overdreven gasproduktion.
Referencer
- Brunner, J., Hauser, H., Braun, H., Wilson, K., Wecker, W., O'Neill, B., & Semenza, G. (1979). Tilslutningsmetoden for enzymkomplekset sukrase-isomaltase med den intestinale børstegrænsemembran. Journal of Biologisk Kemi, 254 (6), 1821-1828.
- Cowell, G., Tranum-Jensen, J., Sjöström, H., & Norén, O. (1986). Topologi og kvartær struktur af pro-sucrase / isomaltase og endelig-form sucrase / isomaltase. Biokemisk tidsskrift, 237, 455-461.
- Hauser, H., & Semenza, G. (1983). Sucrase-isomaltase: En stilket intrinsisk protein fra børstegrænsemembranen. Kritiske anmeldelser i Bioch, 14 (4), 319–345.
- Hunziker, W., Spiess, M., Semenza, G., & Lodish, HF (1986). Sucrase-lsomaltase-komplekset: Primær struktur, membranorientering og udvikling af et forfulgt, intrinsisk børsteprotein. Cell, 46, 227-234.
- Naim, HY, Roth, J., Sterchi, EE, Lentze, M., Milla, P., Schmitz, J., & Hauril, H. (1988). Sucrase-isomaltase-mangel hos mennesker. J. Clin. Investere. 82, 667-679.
- Rodriguez, IR, Taravel, FR, & Whelan, WJ (1984). Karakterisering og funktion af tarmgris sucrase-isomaltase og dets separate underenheder. Eur. J. Biochem. 143, 575-582.
- Schiweck, H., Clarke, M., & Pollach, G. (2012). Sukker. I Ullmanns encyklopædi af industriel kemi (bind 34, s. 72). Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
- Treem, W. (1995). Medfødt sukrase-isomaltase mangel. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 21, 1–14.