Инафераза: свойства и применение фермента¶

Инафераза — фермент класса гидролаз (точнее, гликозидаз), катализирующий расщепление сахарозы на глюкозу и фруктозу путём гидролиза гликозидной связи. Относится к группе инвертаз — ферментов, осуществляющих так называемое инвертное превращение сахарозы, при котором знак оптического вращения раствора меняется с правого на левое. Инафераза встречается у растений, грибов, дрожжей и ряда микроорганизмов; в промышленности и лабораторной практике используется прежде всего как источник фермента для получения инвертного сахара и в аналитических методах определения сахарозы.

¶Терминология и место в классификации

Название «инафераза» исторически применялось к дрожжевому ферменту, гидролизующему сахарозу, и в значительной степени является синонимом термина «инвертаза» (β-фруктофуранозидаза). В современной ферментативной номенклатуре такие ферменты относят к классу гидролаз, подклассу гликозидаз, действующих на O-гликозильные соединения. Различают несколько типов ферментов по происхождению и свойствам:

• Дрожжевая инвертаза — внеклеточный или связанный с клеточной стенкой фермент дрожжей, наиболее изученный и широко применяемый.
• Растительные инвертазы — присутствуют в тканях высших растений, участвуют в метаболизме сахаров и регуляции осмотических процессов.
• Бактериальные и грибные ферменты — встречаются у ряда микроорганизмов, различаются по оптимуму pH и температуре.

¶Химизм реакции

Субстратом инаферазы служит сахароза — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы, соединённых α-1,2-гликозидной связью. Фермент разрывает эту связь с присоединением молекулы воды:

сахароза + H₂O → глюкоза + фруктоза

Продукт реакции называют инвертным сахаром. Он представляет собой эквимолярную смесь глюкозы и фруктозы. Название «инвертный» связано с тем, что раствор сахарозы вращает плоскость поляризации света вправо, а после гидролиза преобладающее левое вращение фруктозы меняет знак суммарного вращения на противоположный.

¶Свойства

Инафераза — гликопротеид, то есть содержит белковую и углеводную части. Молекулярная масса фермента варьирует в зависимости от источника: у дрожжевой инвертазы она обычно составляет порядка 100–300 кДа, при этом белок может существовать в виде олигомеров. Оптимум активности дрожжевого фермента лежит в слабокислой среде (pH около 4,5–5,5) и при температуре 50–60 °C; при нагревании выше 60–70 °C фермент необратимо инактивируется. Растительные инвертазы часто имеют более нейтральный оптимум pH.

Активность инаферазы зависит от наличия ионов и ингибиторов. Ряд тяжёлых металлов (например, ионы ртути, серебра) подавляет фермент за счёт связывания с сульфгидрильными группами. Специфичность фермента относительно высока: он действует преимущественно на сахарозу и близкие β-фруктофуранозиды, тогда как на другие дисахариды влияет слабо.

¶Биологическая роль

В живых организмах инафераза участвует в расщеплении и перераспределении сахаров. У растений инвертазы регулируют соотношение сахарозы и гексоз, влияют на рост, развитие плодов, накопление запасных веществ и устойчивость к стрессу. У дрожжей фермент обеспечивает усвоение сахарозы из среды: гидролизуя её до моносахаридов, дрожжи получают доступный источник углерода для брожения. Именно поэтому сахароза сбраживается дрожжами, несмотря на то что сами дрожжи не транспортируют её внутрь клетки в неизменном виде.

¶Применение

Практическое значение инаферазы связано с её способностью превращать сахарозу в инвертный сахар, обладающий иными физико-химическими свойствами: он слаще, лучше удерживает влагу и менее склонен к кристаллизации.

Основные направления применения:

Инвертный сироп, получаемый с помощью инаферазы или кислотного гидролиза, применяется как заменитель сахарозы, в том числе в продуктах, где важна устойчивость к кристаллизации. Иммобилизация фермента на носителях позволяет многократно использовать его в проточных реакторах, что снижает себестоимость производства.

¶Методы определения активности

Активность инаферазы определяют по количеству образовавшихся восстанавливающих сахаров (глюкозы и фруктозы) за единицу времени. Используют колориметрические методы (например, с 3,5-динитросалициловой кислотой), поляриметрию (по изменению оптического вращения) и высокоэффективную жидкостную хроматографию. Одна единица активности обычно соответствует количеству фермента, гидролизующему 1 микромоль сахарозы в минуту при стандартных условиях.

¶Значение и перспективы

Инафераза — один из классических объектов энзимологии; на её примере изучали кинетику ферментативных реакций, механизмы ингибирования и иммобилизации. В пищевой промышленности интерес к ферменту сохраняется в связи с ростом спроса на продукты с регулируемым составом сахаров и сниженным содержанием кристаллической сахарозы. Перспективны направления, связанные с получением олигосахаридов, обладающих пребиотическими свойствами, при контролируемом переносе фруктозильных остатков, а также с использованием инафераз в биосенсорах для анализа углеводов.