ALFA-AMYLAZA: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Alfa-amylaza (α-amylazy) jest amylolityczną grupa enzymu amylazy endo, który jest odpowiedzialny za hydrolizę wiązań a-1,4 między resztami glukozy, które zawierają różne rodzaje węglowodanów w przyrodzie.

Systematycznie nazywany systematycznie określanym jako α-1,4-glukan 4-glukanohydrole ma szeroką dystrybucję, ponieważ występuje u zwierząt, roślin i mikroorganizmów. Na przykład u ludzi amylazy obecne w ślinie i te wydzielane przez trzustkę należą do typu α-amylaz.

Struktura domeny C-końcowej enzymu alfa-amylazy zwierzęcej (źródło: Jawahar Swaminathan i pracownicy MSD w Europejskim Instytucie Bioinformatycznym za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Kuhn, w 1925 roku, był pierwszym, który ukuł termin „α-amylaza” w oparciu o fakt, że produkty hydrolizy, które katalizują te enzymy, mają konfigurację α. Później, w 1968 r. Ustalono, że działają one preferencyjnie na podłoża o liniowej i nierozgałęzionej konfiguracji strukturalnej.

Podobnie jak inne enzymy amylolityczne, α-amylaza jest odpowiedzialna za hydrolizę skrobi i innych pokrewnych cząsteczek, takich jak glikogen, wytwarzając mniejsze polimery złożone z powtarzających się jednostek glukozy.

Oprócz funkcji fizjologicznych, które ten enzym pełni u zwierząt, roślin i mikroorganizmów, które go wyrażają, α-amylaza, wraz z innymi istniejącymi klasami amylaz, stanowi 25% enzymów używanych do celów przemysłowych i biotechnologicznych. obecny rynek.

Wiele gatunków grzybów i bakterii jest głównym źródłem pozyskiwania α-amylaz, które są częściej wykorzystywane w przemyśle i doświadczeniach naukowych. Wynika to głównie z jego wszechstronności, łatwego pozyskiwania, prostej obsługi oraz niskich kosztów związanych z jego produkcją.

cechy

Α-Amylazy występujące w naturze mogą mieć bardzo różne optymalne zakresy pH dla ich funkcji; na przykład optymalne dla zwierzęcych i roślinnych α-amylaz wynosi od 5,5 do 8,0 jednostek pH, ale niektóre bakterie i grzyby mają bardziej zasadowe i kwaśne enzymy.

Enzymy obecne w ślinie i trzustce ssaków działają najlepiej przy pH bliskim 7 (obojętne), ponadto wymagają jonów chlorkowych do osiągnięcia maksymalnej aktywności enzymatycznej i są zdolne do wiązania się z dwuwartościowymi jonami wapnia.

Oba enzymy zwierzęce, ślinowe i trzustkowe, są wytwarzane w organizmach przez niezależne mechanizmy, które obejmują określone komórki i gruczoły i prawdopodobnie nie są związane z enzymami obecnymi w krwiobiegu i innych jamach ciała.

Zarówno optymalne pH, jak i temperatura dla funkcjonowania tych enzymów w dużym stopniu zależą od fizjologii danego organizmu, ponieważ istnieją mikroorganizmy ekstremofilne, które rosną w bardzo szczególnych warunkach w odniesieniu do tych i wielu innych parametrów.

Wreszcie, jeśli chodzi o regulację ich aktywności, cechą wspólną dla enzymów z grupy α-amylaz jest to, że, podobnie jak inne amylazy, mogą być hamowane przez jony metali ciężkich, takich jak rtęć, miedź, srebro i ołów.

Struktura

Α-Amylaza jest enzymem wielodomenowym, który u zwierząt i roślin ma przybliżoną masę cząsteczkową 50 kDa, a różni autorzy zgadzają się, że enzymy należące do tej rodziny glikohydrolaz to enzymy z więcej niż dziesięcioma domenami strukturalnymi.

Domena centralna lub domena katalityczna jest wysoce konserwatywna i jest znana jako domena A, która składa się z symetrycznego fałdu 8 pofałdowanych arkuszy ułożonych w kształt „beczki” otoczonych 8 helisami alfa, więc może być również spotykane w literaturze jako (β / α) 8 lub typ baryłkowy „TIM”.

Należy zauważyć, że na C-końcu β-arkuszy domeny A znajdują się konserwatywne reszty aminokwasowe, które biorą udział w katalizie i wiązaniu substratu, oraz że ta domena jest zlokalizowana w N-końcowym regionie białka .

Inną z najczęściej badanych domen tych enzymów jest tak zwana domena B, która wyróżnia się między warstwą pofałdowaną β a alfa helisą numer 3 domeny A. Odgrywa ona fundamentalną rolę w wiązaniu substratu i dwuwartościowego wapnia.

Opisano dodatkowe domeny dla enzymów α-amylazy, takie jak domeny C, D, F, G, H i I, które znajdują się przed lub za domeną A i których funkcje nie są dokładnie znane i zależą od organizmu, który jest badany.

α-Amylazy mikroorganizmów

Masa cząsteczkowa α-amylaz zależy, jak również inne cechy biochemiczne i strukturalne, od badanego organizmu. Zatem α-amylazy wielu grzybów i bakterii mają masę od 10 kDa do nawet 210 kDa.

Wysoka masa cząsteczkowa niektórych z tych enzymów drobnoustrojów jest często związana z obecnością glikozylacji, chociaż glikozylacja białek bakterii jest dość rzadka.

cechy

U zwierząt α-amylazy są odpowiedzialne za pierwsze kroki w metabolizmie skrobi i glikogenu, ponieważ odpowiadają za ich hydrolizę do mniejszych fragmentów. Narządami układu pokarmowego odpowiedzialnymi za jej wytwarzanie u ssaków są trzustka i gruczoły ślinowe.

Oprócz oczywistej funkcji metabolicznej, produkcja α-amylaz wytwarzanych przez gruczoły ślinowe wielu ssaków, aktywowana działaniem noradrenaliny, jest uważana przez wielu autorów za ważny „psychobiologiczny” marker stresu w ośrodkowym układzie nerwowym.

W zdrowiu jamy ustnej pełni również funkcje drugorzędne, gdyż jego działanie polega na eliminowaniu bakterii jamy ustnej i zapobieganiu ich przywieraniu do powierzchni jamy ustnej.

Główna funkcja roślin

W roślinach α-amylazy odgrywają zasadniczą rolę w kiełkowaniu nasion, ponieważ są enzymami hydrolizującymi skrobię obecną w bielmie, która odżywia zarodek wewnątrz, proces zasadniczo kontrolowany przez giberelinę, fitohormon.

Zastosowania przemysłowe

Enzymy należące do rodziny α-amylaz mają wielorakie zastosowanie w wielu różnych kontekstach: przemysłowym, naukowym, biotechnologicznym itp.

W dużych branżach przetwórstwa skrobi, α-amylazy są powszechnie stosowane do produkcji glukozy i fruktozy, a także do produkcji chleba o ulepszonej teksturze i większej nośności.

W dziedzinie biotechnologii istnieje duże zainteresowanie ulepszaniem enzymów stosowanych komercyjnie w celu poprawy ich stabilności i wydajności w różnych warunkach.

Bibliografia

1. Aiyer, PV (2005). Amylazy i ich zastosowania. African Journal of Biotechnology, 4 (13), 1525–1529.
2. Bernfeld, P. (1960). Amylases, a i B. In Enzymes of Carbohydrate Metabolism (tom I, str. 149–158).
3. Granger, DA, Kivlighan, KT, El, M., Gordis, EB i Stroud, LR (2007). Ślina α-amylaza w badaniach biobehawioralnych. Najnowsze osiągnięcia i aplikacje. Ann. NY Acad. Sci., 1098, 122–144.
4. Monteiro, P. i Oliveira, P. (2010). Zastosowanie mikrobiologicznej a-amylazy w przemyśle - przegląd. Brazilian Journal of Microbiology, 41, 850–861.
5. Reddy, NS, Nimmagadda, A. i Rao, KRSS (2003). Przegląd rodziny drobnoustrojów α-amylazy. African Journal of Biotechnology, 2 (12), 645–648.
6. Salt, W. i Schenker, S. (1976). Amylaza - jej znaczenie kliniczne: przegląd literatury. Medicine, 55 (4), 269–289.
7. Svensson, B. i Macgregor, EA (2001). Związek sekwencji i struktury ze specyficznością w rodzinie enzymów α-amylazy. Biochimica et Biophysica Acta, 1546, 1–20.
8. Thoma, JA, Spradlin, JE i Dygert, S. (1925). Amylazy roślinne i zwierzęce. Ann. Chem., 1, 115-189.