AMYLÁZA: CHARAKTERISTIKA, KLASIFIKACE, STRUKTURA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Amyláza je termín používaný k identifikaci důležité skupiny enzymů, které jsou zodpovědné za hydrolýzu glykosidických vazeb mezi molekulami glukózy přítomnými v uhlohydrátech, jako je škrob a jiné příbuzné, které jsou přijímány ve stravě mnoha živých organismů.

Tento typ enzymu je produkován bakteriemi, houbami, zvířaty a rostlinami, kde katalyzují v zásadě stejné reakce a mají různé funkce, hlavně související s energetickým metabolismem.

Grafické znázornění alfa alfa amylázy živočišného původu (Zdroj: pracovníci Jawahar Swaminathan a MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)

Produkty hydrolytických reakcí glykosidických vazeb lze považovat za charakteristické pro každý typ amylolytického enzymu, což je často důležitý parametr pro jejich klasifikaci.

Důležitost těchto enzymů, antropocentricky řečeno, není jen fyziologická, protože v současnosti má tento typ enzymů velký biotechnologický význam v průmyslové výrobě potravin, papíru, textilu, cukrů a dalších.

Termín „amyláza“ pochází z řeckého „amylonu“, což znamená škrob, a byl vytvořen v roce 1833 vědci Payenem a Persozem, kteří studovali hydrolytické reakce tohoto enzymu na škrobu.

vlastnosti

Některé amylázy jsou multimerní povahy, například sladká bramborová β-amyláza, která se chová jako tetramer. Přibližná molekulová hmotnost amylázových monomerů je však v rozmezí 50 kDa.

Obecně mají rostlinné i živočišné enzymy relativně „běžné“ aminokyselinové složení a mají optimální aktivity při pH mezi 5,5 a 8 jednotkami (přičemž živočišné amylázy jsou aktivnější při neutrálnějším pH).

Amylázy jsou enzymy schopné hydrolyzovat glykosidické vazby velkého počtu polysacharidů, obecně produkujících disacharidy, ale nejsou schopné hydrolyzovat komplexy, jako je celulóza.

Vlastnosti substrátu

Důvod, proč jsou amylázy v přírodě tak důležité, zejména při trávení uhlohydrátů, souvisí s všudypřítomnou přítomností jejich přírodního substrátu (škrobu) v tkáních „vyšší“ zeleniny, která slouží jako zdroj potravin pro více druhů zvířat a mikroorganismů.

Tento polysacharid je zase složen ze dvou makromolekulárních komplexů známých jako amylóza (nerozpustná) a amylopektin (rozpustná). Amylózové části jsou tvořeny lineárními řetězci glukózových zbytků spojených vazbami a-1,4 a jsou degradovány a-amylázami.

Amylopektin je sloučenina s vysokou molekulovou hmotností, je tvořena rozvětvenými řetězci glukózových zbytků spojených vazbami a-1,4, jejichž větve jsou podporovány vazbami a-1,6.

Klasifikace

Enzymy amylázy jsou klasifikovány podle místa, kde jsou schopny rozbít glykosidické vazby jako endoamylázy nebo exoamylázy. První z nich hydrolyzuje vazby ve vnitřních oblastech uhlohydrátů, zatímco druhý může katalyzovat pouze hydrolýzu zbytků na koncích polysacharidů.

Kromě toho tradiční klasifikace souvisí se stereochemií jejich reakčních produktů, takže tyto proteiny s enzymatickou aktivitou jsou také klasifikovány jako a-amylázy, p-amylázy nebo y-amylázy.

- a-amylázy (a-1,4-glukan-4-glukanové hydrolázy) jsou endoamylázy, které působí na vnitřní vazby substrátů s lineární konformací a jejichž produkty mají a konfiguraci a jsou směsí oligosacharidů.

-P-amylázy (a-1,4-glukan maltohydrolasy) jsou rostlinné exoamylázy, které působí na vazby na neredukujících koncích polysacharidů, jako je škrob a jejichž hydrolytické produkty jsou zbytky p-maltózy.

- Konečně, y-amylázy jsou třetí třídou amyláz, které se také nazývají glukoamylázy (a-1,4-glukan-glukohydrolasy), které jsou stejně jako β-amylázy exoamylázy schopné odstranit jednoduché glukózové jednotky z neredukujících zakončení polysacharidy a invertují jejich konfiguraci.

Druhá třída enzymů může hydrolyzovat vazby a-1,4 a α, 1-6 a přeměnit substráty, jako je škrob, na D-glukózu. U zvířat se vyskytují hlavně v tkáni jater.

Aktuální hodnocení

S příchodem nových technik pro biochemickou analýzu enzymů a jejich substrátů a produktů určití autoři určili, že existuje alespoň šest tříd enzymů amylázy:

1-Endoamylázy, které hydrolyzují a-1,4 glukosidické vazby a které mohou "obejít" (obejít) a-1,6 vazby. Příklady této skupiny jsou a-amylázy.

2-Exoamylasy schopné hydrolyzovat a-1,4, jejichž hlavními produkty jsou zbytky maltózy a vazby a-1,6, nelze „přeskočit“. Příkladem skupiny jsou p-amylázy.

3-Exoamylasy schopné hydrolyzovat a-1,4 a a-1,6 vazby, jako jsou amyloglukosidázy (glucoamylasy) a další exoamylázy.

4-Amylázy, které hydrolyzují pouze a-1,6 glukosidické vazby. V této skupině jsou „odbourávací“ enzymy a další známé jako pullulanázy.

5-Amylázy, jako jsou a-glukosidázy, které přednostně hydrolyzují a-1,4 vazby krátkých oligosacharidů produkovaných působením jiných enzymů na substráty, jako je amylóza nebo amylopektin.

6-Enzymy, které hydrolyzují škrob na neredukující cyklické polymery D-glukosidických zbytků známých jako cyklodextriny, jako jsou některé bakteriální amylázy.

Funkce

Mnoho funkcí jsou přisuzovány enzymům s amylázovou aktivitou, a to nejen z přírodního nebo fyziologického hlediska, ale také z komerčního a průmyslového hlediska, přímo související s člověkem.

U zvířat

Amylázy u zvířat se vyskytují v podstatě ve slinách, játrech a pankreatu, kde zprostředkovávají degradaci různých polysacharidů spotřebovaných ve stravě (živočišného původu (glykogeny) nebo zeleniny (škroby)).

A-amyláza přítomná ve slinách se používá jako indikátor fyziologického stavu slinných žláz, protože tvoří více než 40% produkce bílkovin v těchto žlázách.

V ústním kompartmentu je tento enzym zodpovědný za „před trávení“ škrobu za vzniku zbytků maltózy, maltotriózy a dextrinu.

V rostlinách

V rostlinách je škrob rezervním polysacharidem a jeho hydrolýza, zprostředkovaná enzymy amylázy, má mnoho důležitých funkcí. Mezi nimi můžeme zdůraznit:

• Klíčivost semen obilovin trávením aleuronové vrstvy.
• Degradace rezervních látek pro získávání energie ve formě ATP.

V mikroorganismech

Mnoho mikroorganismů používá amylázy k získání uhlíku a energie z různých zdrojů polysacharidů. V průmyslu se tyto mikroorganismy využívají k produkci těchto enzymů ve velkém měřítku, které slouží k uspokojení různých komerčních požadavků člověka.

Průmyslová použití

V průmyslu se amylázy používají pro různé účely, včetně výroby maltózy, sirupů s vysokým obsahem fruktózy, směsí oligosacharidů, dextrinů atd.

Používají se také pro přímé alkoholové kvašení škrobu na ethanol v pivovarském průmyslu a pro použití například odpadní vody vznikající při zpracování potravin na rostlinné bázi jako zdroje potravy pro růst mikroorganismů.

Reference

1. Aiyer, PV (2005). Amylázy a jejich aplikace. African Journal of Biotechnology, 4 (13), 1525–1529.
2. Azcón-Bieto, J., & Talón, M. (2008). Základy fyziologie rostlin (2. vydání). Madrid: McGraw-Hill Interamericana Španělska.
3. Del Vigna, P., Trinidade, A., Naval, M., Soares, A., & Reis, L. (2008). Složení a funkce slin: Komplexní recenze. Žurnál současné zubní praxe, 9 (3), 72–80.
4. Naidu, MA, & Saranraj, P. (2013). Bakteriální amyláza: přehled. International Journal of Pharmaceutical & Biological Archives, 4 (2), 274–287.
5. Salt, W., & Schenker, S. (1976). Amyláza - její klinický význam: přehled literatury. Medicine, 55 (4), 269–289.
6. Saranraj, P., & Stella, D. (2013). Fungální amyláza - recenze. International Journal of Microbiological Research, 4 (2), 203–211.
7. Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (1999). Biologie (5. vydání). Philadelphia, Pensylvánie: Saunders College Publishing.
8. Thoma, JA, Spradlin, JE, a Dygert, S. (1925). Rostlinné a živočišné amylázy. Ann. Chem., 1, 115-189.