ALFA AMYLÁZA: VLASTNOSTI, STRUKTURA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2024

Alfa amylázy (α-amylázy) je amylolytický enzym skupina amylázy, Endo, který je zodpovědný za hydrolýzu a-1,4 vazbami mezi glukózových zbytků, které obsahují různé typy sacharidů v přírodě.

Systematicky známý jako systematicky známý jako a-1,4-glukan 4-glukanohydroly má širokou distribuci, protože se vyskytuje u zvířat, rostlin a mikroorganismů. Například u lidí jsou amylázy přítomné ve slinách a ty vylučované pankreasem typu a-amyláz.

Struktura C-terminální domény zvířecího enzymu alfa amylázy (Zdroj: pracovníci Jawahar Swaminathan a MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)

Kuhn, v roce 1925, byl první, kdo vymyslel termín „a-amyláza“ založený na skutečnosti, že produkty hydrolýzy, které katalyzují tyto enzymy, mají a konfiguraci. Později v roce 1968 bylo zjištěno, že tyto látky působí přednostně na substrátech lineární a nerozvětvené strukturální konfigurace.

Stejně jako jiné amylolytické enzymy je a-amyláza zodpovědná za hydrolýzu škrobu a dalších příbuzných molekul, jako je glykogen, a vytváří menší polymery tvořené opakujícími se jednotkami glukózy.

Kromě fyziologických funkcí, které má tento enzym ve zvířatech, rostlinách a mikroorganismech, které ho exprimují, představuje a-amyláza společně s dalšími existujícími třídami amyláz 25% enzymů používaných pro průmyslové a biotechnologické účely ve světě. současný trh.

Mnoho druhů hub a bakterií je hlavním zdrojem α-amylas, které se častěji používají v průmyslu a ve vědeckých experimentech. Důvodem je zejména jeho univerzálnost, snadné získání, jednoduchá manipulace a nízké náklady spojené s jeho výrobou.

vlastnosti

A-amylázy nalezené v přírodě mohou mít velmi odlišné optimální rozmezí pH pro svou funkci; například optimální pro a-amylázy zvířat a rostlin je mezi 5,5 a 8,0 pH jednotek, ale některé bakterie a houby mají více alkalické a kyselejší enzymy.

Enzymy přítomné ve slinách a savčím pankreatu fungují nejlépe při pH blízkém 7 (neutrální), navíc vyžadují chloridové ionty, aby dosáhly své maximální enzymatické aktivity a jsou schopné vázat se na dvojmocné ionty vápníku.

Živočišné enzymy, slinné a pankreatické, jsou produkovány v organismech nezávislými mechanismy, které zahrnují specifické buňky a žlázy a které pravděpodobně nejsou ve vztahu k enzymům přítomným v krevním řečišti a dalších tělních dutinách.

Optimální pH i teplota pro fungování těchto enzymů do značné míry závisí na fyziologii uvažovaného organismu, protože existují extrémemofilní mikroorganismy, které s ohledem na tyto a mnoho dalších parametrů rostou ve velmi konkrétních podmínkách.

Konečně, co se týče regulace jejich aktivity, charakteristická sdílená mezi enzymy skupiny a-amyláz je, že tyto, stejně jako jiné amylázy, mohou být inhibovány ionty těžkých kovů, jako je rtuť, měď, stříbro a olovo.

Struktura

Α-amyláza je vícedoménový enzym, který má u zvířat a rostlin přibližnou molekulovou hmotnost 50 kDa a různí autoři se shodují v tom, že enzymy patřící do této rodiny glykozyláz jsou enzymy s více než deseti strukturálními doménami.

Centrální doména nebo katalytická doména je vysoce konzervovaná a je známá jako doména A, která se skládá ze symetrického ohybu 8 p-poskládaných listů uspořádaných do tvaru "sudu", které jsou obklopeny 8 alfa helixy, takže může být také nalezený v literatuře jako (β / α) 8 nebo barel typu „TIM“.

Je důležité poznamenat, že na C-terminálním konci p-listů domény A jsou konzervované aminokyselinové zbytky, které se účastní katalýzy a vazby substrátu, a že tato doména je umístěna v N-terminální oblasti proteinu.

Další z nejstudovanějších domén těchto enzymů je tzv. B doména, která vyniká mezi β-složeným listem a alfa helixem číslo 3 domény A. To hraje zásadní roli ve vazbě substrátu a dvojmocného vápníku.

Byly popsány další domény pro a-amylázové enzymy, jako jsou domény C, D, F, G, H a I, které jsou umístěny před nebo za doménou A a jejichž funkce nejsou přesně známy a závisí na organismu, který to je studováno.

α-amylázy mikroorganismů

Molekulová hmotnost a-amyláz závisí, stejně jako další biochemické a strukturální vlastnosti, na studovaném organismu. Proto mají a-amylázy mnoha hub a bakterií hmotnost až 10 kDa a až 210 kDa.

Vysoká molekulová hmotnost některých z těchto mikrobiálních enzymů je často spojena s přítomností glykosylací, ačkoli glykosylace proteinů v bakteriích je poměrně vzácná.

Funkce

U zvířat jsou a-amylázy odpovědné za první kroky v metabolismu škrobu a glykogenu, protože jsou zodpovědné za jejich hydrolýzu na menší fragmenty. Orgány gastrointestinálního systému odpovědné za jeho produkci u savců jsou slinivka břišní a slinné žlázy.

Kromě své zřejmé metabolické funkce je produkce a-amyláz produkovaných slinnými žlázami mnoha savců, aktivovaných účinkem norepinefrinu, považována mnoha autory za důležitý „psychobiologický“ marker stresu v centrálním nervovém systému.

Má také sekundární funkce v oblasti ústního zdraví, protože jeho činnost spočívá v eliminaci orálních bakterií a v prevenci jejich přilnavosti k orálním povrchům.

Hlavní funkce v rostlinách

V rostlinách hrají a-amylázy zásadní roli při klíčení semen, protože jsou to enzymy, které hydrolyzují škrob přítomný v endospermu, který vyživuje embryo uvnitř, což je proces v podstatě řízený gibberellinem, fytohormonem.

Průmyslové aplikace

Enzymy patřící do rodiny α-amyláz mají více aplikací v mnoha různých kontextech: průmyslovém, vědeckém a biotechnologickém atd.

Ve velkých průmyslových odvětvích zpracovávajících škrob se a-amylázy běžně používají pro výrobu glukózy a fruktózy, jakož i pro výrobu chleba se zlepšenou strukturou a vyšší zdvihovostí.

V biotechnologické oblasti existuje velký zájem o zlepšení enzymů používaných komerčně, aby se zlepšila jejich stabilita a výkonnost za různých podmínek.

Reference

1. Aiyer, PV (2005). Amylázy a jejich aplikace. African Journal of Biotechnology, 4 (13), 1525–1529.
2. Bernfeld, P. (1960). Amylázy, a a B. In Enzymes of Carbohydrate Metabolism (svazek I, str. 149–158).
3. Granger, DA, Kivlighan, KT, El, M., Gordis, EB, & Stroud, LR (2007). Salivary a-Amylase v Biobehavioral Research. Poslední vývoj a aplikace. Ann. NY Acad. Sci., 1098, 122–144.
4. Monteiro, P., a Oliveira, P. (2010). Aplikace mikrobiální a-amylázy v průmyslovém přezkumu. Brazilian Journal of Microbiology, 41, 850–861.
5. Reddy, NS, Nimmagadda, A., & Rao, KRSS (2003). Přehled rodiny mikrobiálních α-amyláz. African Journal of Biotechnology, 2 (12), 645–648.
6. Salt, W., & Schenker, S. (1976). Amyláza - její klinický význam: přehled literatury. Medicine, 55 (4), 269–289.
7. Svensson, B., & Macgregor, EA (2001). Vztah sekvence a struktury ke specificitě v a-amylázové rodině enzymů. Biochimica et Biophysica Acta, 1546, 1-20.
8. Thoma, JA, Spradlin, JE, a Dygert, S. (1925). Rostlinné a živočišné amylázy. Ann. Chem., 1, 115-189.