Invertase: características, estrutura, funções

A invertase , também conhecido como β-frutofuranósido fructo-hidrolase, é uma enzima muito abundante na natureza da hidrolase de glicosilo. É capaz de hidrolisar a ligação glicosídica entre os dois monossacarídeos que compõem a sacarose, produzindo os açúcares glicose “invertida” e frutose.

Está presente em microorganismos, animais e plantas, no entanto, as enzimas mais estudadas são as de origem vegetal e as de bactérias e leveduras, pois serviram de modelo para muitos estudos cinéticos pioneiros no campo da enzimologia.

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Estrutura molecular da enzima invertase da planta (Fonte: Jawahar Swaminathan e equipe de MSD do Instituto Europeu de Bioinformática [Domínio público] via Wikimedia Commons)

A invertase participa de uma reação catalítica que permite a liberação de resíduos de glicose que, dependendo das necessidades fisiológicas do organismo onde é expresso, podem ser utilizados para obter ATP e NADH. Com isso, é possível sintetizar polissacarídeos de armazenamento em diferentes organelas ou tecidos, entre outros.

Esse tipo de enzima também participa do controle da diferenciação e do desenvolvimento celular, uma vez que são capazes de produzir monossacarídeos que, nas plantas, também desempenham importantes funções na regulação da expressão gênica.

Eles são tipicamente encontrados na casca dos frutos da videira, nas ervilhas, nas pereiras japonesas e na aveia. Embora as enzimas mais exploradas comercialmente sejam as de leveduras como S. cerevisiae e as de um certo tipo de bactéria.

Caracteristicas

Diferentes formas de invertases podem ser encontradas na natureza e isso depende principalmente do organismo considerado. As leveduras, por exemplo, têm dois tipos de invertase: uma intracelular ou citosólica e outra extracelular ou periplásmica (entre a parede celular e a membrana plasmática).

Nas bactérias, as invertases trabalham na hidrólise da sacarose, mas contra altas concentrações desse substrato, elas também exibem uma atividade frutosiltransferase, uma vez que são capazes de transferir resíduos frutossila para o dissacarídeo de sacarose.

Como essas enzimas podem funcionar em faixas muito amplas de pH, alguns autores propuseram que elas podem ser classificadas como:

– Ácido (pH entre 4,5 e 5,5)

– Neutro (pH próximo a 7)

– Alcalinas (pH entre 6,5 e 8,0).

Invertases alcalinas foram relatadas na maioria das plantas e nas cianobactérias, enquanto as bactérias têm invertases de pH alcalino ativas e neutras.

Inversores de vegetais

Existem três tipos de enzimas invertase nas plantas, localizadas em diferentes compartimentos subcelulares e com características e propriedades bioquímicas diferentes.

Da mesma forma, as funções de cada tipo de invertase descrito são diferentes, uma vez que aparentemente “direcionam” dissacarídeos de sacarose a caminhos celulares específicos na planta.

Então, de acordo com sua localização subcelular, as inversões de origem vegetal podem ser:

– Vacuolar Invertas

– Reverso extracelular (na parede celular)

– Inversos citossólicos.

As inversões vacuolares existem como duas isoformas solúveis e ácidas no lúmen do vacúolo, enquanto as inversões “extracelulares” são proteínas periféricas da membrana, associadas à membrana plasmática por meio de interações iônicas.

Uma vez que as invertases vacuolares e extracelulares catalisam a hidrólise da sacarose começando com o resíduo de frutose, elas foram denominadas β-frutofuranosidases e também demonstraram atuar em outros oligossacarídeos que contêm resíduos de β-frutose, ou seja, Eles não são específicos.

O outro tipo de inversão de plantas é o de inversões citosólicas, que também existem como duas isoformas neutras / alcalinas. Estes são específicos para sacarose e não foram tão estudados quanto os outros dois.

Estrutura

A maioria das invertases descritas até agora tem formas diméricas e até multiméricas. As únicas inversões monoméricas conhecidas são as de bactérias e, nesses organismos, têm peso molecular entre 23 e 92 kDa.

As inversões vacuolares e extracelulares das plantas têm pesos moleculares entre 55 e 70 kDa e a maioria é N-glicosilada. O que é verdade para a maioria das invertases extracelulares encontradas na natureza, associadas à face externa da membrana plasmática.

As isoenzimas da levedura têm pesos moleculares um pouco mais altos, pois variam entre 135 e 270 kDa.

Outros estudos realizados com enzimas bacterianas também mostraram que essas enzimas têm um centro catalítico rico em estruturas dobradas em β.

Funções

Dependendo do organismo onde são expressas, as enzimas invertase podem desempenhar muitas funções fundamentais, além do transporte de açúcares e da hidrólise da sacarose aos seus monossacarídeos constituintes. No entanto, as funções naturais mais revisadas são as plantas.

Funções metabólicas de invertases em plantas

A sacarose, que é um substrato para a enzima invertase, é um dos açúcares produzidos nas plantas durante a fotossíntese, depois que o dióxido de carbono é reduzido, na presença de luz, para formar carboidratos e água.

Esses carboidratos são a principal fonte de energia e carbono dos tecidos vegetais não fotossintéticos e devem ser transportados vascularmente através do floema e das folhas, que são os principais órgãos fotossintéticos.

Dependendo da invertase envolvida, os resíduos de glicose e frutose obtidos a partir da hidrólise dessa sacarose são direcionados para diferentes vias metabólicas, onde são o combustível essencial para produzir energia na forma de ATP e reduzir o poder na forma de NADH.

Outras funções importantes em plantas

Além de cruciais para a obtenção de energia metabólica, as inversões de plantas participam do controle da osmorregulação e do crescimento e alongamento das células vegetais.

Este é um produto do aumento da pressão osmótica gerada pela hidrólise da sacarose, que gera duas novas moléculas osmoticamente ativas: glicose e frutose.

Se for feita uma revisão bibliográfica, será fácil verificar que a invertase também possui funções atribuídas nos mecanismos de defesa de plantas relacionadas a patógenos.

Foi estabelecido que a invertase é a conexão entre degradação de carboidratos e respostas de patógenos, uma vez que esta enzima fornece açúcares que aumentam a expressão de genes induzíveis por açúcar, que geralmente se relacionam à expressão de proteínas relacionadas a patógenos (PR, Inglês patógeno relacionada ).

Exploração industrial de microorganismos invertidos

Desde a sua descoberta, a reação catalisada pelas invertasas tem sido explorada industrialmente em vários setores do comércio, incluindo a indústria de cerveja ou a padaria.

Na área de alimentos, as invertasas são utilizadas para a preparação de geleias e doces, balas, coberturas líquidas ou recheios de biscoitos e chocolates. Além disso, uma de suas aplicações mais populares é a produção de xaropes, pois possuem maior teor de açúcar, mas não são suscetíveis à cristalização.

Na indústria farmacêutica, são úteis para a preparação de xaropes para a tosse e comprimidos de auxiliares digestivos, bem como para a síntese de probióticos e prebióticos, formulações de comida para bebê e ração animal (especialmente para bovinos e abelhas).

Eles também têm sido utilizados na indústria de papel, na fabricação de cosméticos, na produção de álcool etílico e ácidos orgânicos, como o ácido lático e outros. Inversões de origem vegetal também são exploradas para a síntese de borrachas naturais.

Referências

  1. Kulshrestha, S., Tyagi, P., Sindhi, V., e Sharma, K. (2013). Invertase e suas aplicações – Uma breve revisão. Journal of Pharmacy Research , 7 , 792-797.
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