Het sucrase , ook bekend als sucrase-isomaltase-complex, is een complex membraan met enzymatische activiteit α-glycosylase dat behoort tot de groep van integrale hydrolasen (glycosidasen en peptidasen inbegrepen).
Het is aanwezig in de darmmicrovilli van veel landdieren zoals zoogdieren, vogels en reptielen. Volgens verschillende bibliografische bronnen zijn andere geaccepteerde namen voor dit enzym oligo-1,6-glucosidase, α-methylglucosidase, isomaltase en oligosaccharide α-1,6-glucosidase.
Grafische weergave van het werkingsmechanisme van sucrase (Bron: NuFS, San Jose State University via Wikimedia Commons)
Het is een enzym met een activiteit die vergelijkbaar is met invertase dat wordt aangetroffen in planten en micro-organismen. Zijn primaire functie is het hydrolyseren van de glycosidebinding tussen monosacchariden (glucose en fructose) waaruit sucrose bestaat die met voedsel wordt ingenomen.
Het heeft zeer belangrijke spijsverteringsfuncties, aangezien sucrose niet als disaccharide in de darmcellen kan worden getransporteerd en daarom de hydrolyse de intestinale absorptie van de samenstellende monosacchariden mogelijk maakt.
De synthese en activiteit van sucrase-isomaltase in de darmcellen van dieren wordt op vele niveaus gereguleerd: tijdens transcriptie en translatie, tijdens glycosylering en ook tijdens hun posttranslationele verwerking.
Wanneer een van deze gebeurtenissen mislukt of er een soort mutatie optreedt in het gen dat ervoor codeert, treedt een pathologische aandoening op die bekend staat als het sucrosedeficiëntiesyndroom bij mensen, die verband houdt met het onvermogen om disachariden te metaboliseren.
kenmerken
De disacchariden die dienen als substraten voor sucrase bij zoogdieren zijn gewoonlijk het product van de hydrolytische activiteit van de speeksel- en pancreas-α-amylase-enzymen. Dit komt omdat sucrase niet alleen de glycosidebindingen van sucrose hydrolyseert, maar ook de α-1,4-bindingen van maltose en maltotriose en andere oligosacchariden.
De halfwaardetijd varieert tussen 4 en 16 uur, dus darmcellen investeren veel energie in de synthese en afbraakcycli van sucrase om de activiteit op relatief constante niveaus te houden.
Synthese
Zoals de meeste integrale hydrolase-enzymen, is sucrase (sucrase-isomaltase of SI) een glycoproteïne dat in brush border-cellen wordt gesynthetiseerd als een precursor-polypeptide dat pro-SI wordt aangeduid.
Dit precursormolecuul wordt naar het apicale oppervlak van cellen getransporteerd en daar wordt het enzymatisch verwerkt door pancreasproteasen die het in twee verschillende subeenheden verdelen: de isomaltase-subeenheid en de sucrase-subeenheid.
De isomaltase-subeenheid komt overeen met het amino-terminale uiteinde van de pro-SI en heeft een hydrofoob segment (hydrofoob anker) aan het N-terminale uiteinde. Hierdoor kan het zich associëren met het plasmamembraan van darmborstelgrenscellen.
Het gen dat voor dit complex bij mensen codeert, bevindt zich op de lange arm van chromosoom 3, en gezien de grote sequentiehomologie tussen beide subeenheden (meer dan 40%), is gesuggereerd dat dit enzym voortkwam uit een genetische duplicatiegebeurtenis.
Van beide subeenheden, isomaltase en sucrase, is aangetoond dat ze in staat zijn maltose en andere α-glucopyranosiden te hydrolyseren, waardoor dit dimeer een belangrijk eiwit wordt bij de vertering van koolhydraten.
Structuur
De oorspronkelijke vorm van het enzym sucrase, het pro-SI-polypeptide, is ongeveer 260 kDa en 1827 aminozuren. De proteolytische activiteit van pancreasproteasen produceert echter twee subeenheden van 140 kDa en 120 kDa, die respectievelijk isomaltase en sucrase vertegenwoordigen.
Dit enzym is een glycoproteïne met N- en O-geglycosyleerde saccharidegedeelten en zijn sequentiestudies tonen de aanwezigheid van meer dan 19 glycosyleringsplaatsen aan. De koolhydraatporties vertegenwoordigen meer dan 15% van het gewicht van het eiwit en zijn in wezen samengesteld uit siaalzuur, galactosamine, mannose en N-acetylglucosamine.
Aangezien de twee subeenheden van het sucrase-isomaltase-complex niet precies hetzelfde zijn, zijn veel auteurs van mening dat dit enzym in feite een heterodimeer is waarbij elke subeenheid bestaat uit een geglycosyleerde lineaire polypeptideketen die associeert via niet-covalente bindingen.
De isomaltase-subeenheid heeft een hydrofoob segment van 20 aminozuurresiduen die betrokken zijn bij de associatie met het membraan van enterocyten (darmcellen) en die een permanent anker en een peptidesignaal vertegenwoordigen om het endoplasmatisch reticulum te richten.
De actieve plaats van beide subeenheden, sucrase en isomaltase, wordt gevonden in het plasmamembraan van enterocyten, dat uitsteekt in het darmlumen.
Kenmerken
De belangrijkste metabolische functies van enzymen zoals sucrase-isomaltase houden verband met de productie van glucose en fructose uit sucrose. Monosacchariden die naar darmcellen worden getransporteerd en die voor verschillende doeleinden in verschillende metabole routes worden opgenomen.
Werkingsmechanisme van sucarase-isomaltase bij zoogdieren (bron: Areid3 via Wikimedia Commons)
Glucose, waarvoor specifieke transporters bestaan, kan intracellulair gericht worden op bijvoorbeeld glycolyse, waar oxidatie leidt tot de productie van energie in de vorm van ATP en reducerend vermogen in de vorm van NADH.
Fructose, aan de andere kant, kan ook worden gemetaboliseerd door een reeks reacties die beginnen met de fosforylering tot fructose-1-fosfaat en gekatalyseerd worden door een hepatische fructokinase. Dit begint de opname van dit substraat in andere routes van energieproductie.
Bovendien heeft, net als bij het invertase-enzym in planten, de sucrase-isomaltase-activiteit belangrijke implicaties voor cellulaire aspecten zoals osmotische druk, die gewoonlijk fysiologische gebeurtenissen zoals groei, ontwikkeling, transport van moleculen en andere conditioneert.
Gerelateerde ziekten bij mensen
Er is een aangeboren autosomale ziekte bij mensen die bekend staat als sucrase-isomaltasedeficiëntie of CSID (congenitale sucrase-isomaltase-deficiëntie), die verband houdt met defecten in de vertering van osmotisch actieve oligo- en disachariden.
Deze ziekte heeft te maken met meerdere gelijktijdige factoren, waaronder de incorrecte verwerking van de pro-SI precursorvorm van het enzym, genetische mutaties, fouten tijdens transport, enz.
Deze aandoening is moeilijk te diagnosticeren en wordt vaak verward met lactose-intolerantie. Daarom wordt het ook wel "sucrose-intolerantie" genoemd.
Het wordt gekenmerkt door de ontwikkeling van buikkrampen, diarree, braken, hoofdpijn gepaard gaande met hypoglykemie, gebrek aan groei en gewichtstoename, angst en overmatige gasproductie.
Referenties
- Brunner, J., Hauser, H., Braun, H., Wilson, K., Wecker, W., O'Neill, B., & Semenza, G. (1979). De wijze van associatie van het enzymcomplex sucrase-isomaltase met het intestinale borstelgrensmembraan. The Journal of Biological Chemistry, 254 (6), 1821-1828.
- Cowell, G., Tranum-Jensen, J., Sjöström, H., & Norén, O. (1986). Topologie en quaternaire structuur van pro-sucrase / isomaltase en uiteindelijke vorm sucrase / isomaltase. Biochemical Journal, 237, 455-461.
- Hauser, H., en Semenza, G. (1983). Sucrase-isomaltase: een gestalkt intrinsiek eiwit van het borstelgrensmembraan. Kritische recensies in Bioch, 14 (4), 319-345.
- Hunziker, W., Spiess, M., Semenza, G., & Lodish, HF (1986). Het sucrase-lsomaltase-complex: primaire structuur, membraanoriëntatie en evolutie van een gestalkt, intrinsiek penseelgrensproteïne. Cell, 46, 227-234.
- Naim, HY, Roth, J., Sterchi, EE, Lentze, M., Milla, P., Schmitz, J., & Hauril, H. (1988). Sucrase-isomaltase-deficiëntie bij mensen. J. Clin. Investeren. 82, 667-679.
- Rodriguez, IR, Taravel, FR en Whelan, WJ (1984). Karakterisering en functie van sucrase-isomaltase van varkens in de darmen en zijn afzonderlijke subeenheden. Eur, J. Biochem. , 143, 575-582.
- Schiweck, H., Clarke, M., en Pollach, G. (2012). Suiker. In Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (deel 34, p. 72). Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
- Treem, W. (1995). Congenitale sucrase-isomaltase-deficiëntie. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 21, 1–14.