ALFA-AMYLASE: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2024

Den alfa-amylase (α-amylase) er et amylolytisk enzym gruppe amylaser endo som er ansvarlig for hydrolysen af a-1,4-bindinger mellem glucoseresterne, som omfatter forskellige typer af kulhydrater i naturen.

Systematisk kendt som systematisk kendt som α-1,4-glucan 4-glucanohydroler har en bred distribution, da det findes i dyr, planter og mikroorganismer. Hos mennesker er for eksempel de amylaser, der er til stede i spyt, og dem, der udskilles af bugspytkirtlen, af a-amylasetypen.

Struktur af det C-terminale domæne af det dyre alfa-amylaseenzym (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-personale ved Det Europæiske Bioinformatikinstitut via Wikimedia Commons)

Kuhn i 1925 var den første til at møde udtrykket "a-amylase" baseret på det faktum, at hydrolyseprodukterne, der katalyserer disse enzymer, har a-konfiguration. Senere, i 1968, blev det bestemt, at disse fortrinsvis fungerer på underlag med lineær og uforgrenet strukturel konfiguration.

Som andre amylolytiske enzymer er α-amylase ansvarlig for hydrolyse af stivelse og andre beslægtede molekyler, såsom glycogen, hvilket producerer mindre polymerer, der består af gentagne glukoseenheder.

Ud over de fysiologiske funktioner, som dette enzym har i dyr, planter og de mikroorganismer, der udtrykker det, repræsenterer α-amylase sammen med de andre eksisterende klasser af amylaser 25% af de enzymer, der bruges til industrielle og bioteknologiske formål i verden. nuværende marked.

Mange svampearter og bakterier er den vigtigste kilde til opnåelse af de a-amylaser, der bruges hyppigere i industri og videnskabelig eksperimentering. Dette skyldes hovedsageligt dets alsidighed, dets let tilgængelighed, den enkle håndtering og de lave omkostninger forbundet med dets produktion.

egenskaber

De a-amylaser, der findes i naturen, kan have meget forskellige optimale pH-intervaller for deres funktion; for eksempel er det optimale for dyre- og planteanamylaser mellem 5,5 og 8,0 pH-enheder, men nogle bakterier og svampe har mere alkaliske og surere enzymer.

Enzymerne, der er til stede i spyt og pattedyrpankreas fungerer bedst ved pH-værdier tæt på 7 (neutral). Derudover kræver de chloridioner for at nå deres maksimale enzymatiske aktivitet og er i stand til at binde til divalente calciumioner.

Både dyreenzymer, spyt og pancreas, produceres i organismer ved uafhængige mekanismer, der involverer specifikke celler og kirtler, og som sandsynligvis ikke er relateret til de enzymer, der findes i blodbanen og andre kropshulrum.

Både den optimale pH og temperatur til funktionen af ​​disse enzymer afhænger i høj grad af fysiologien i den pågældende organisme, da der er ekstremofile mikroorganismer, der vokser under meget bestemte betingelser med hensyn til disse og mange andre parametre.

Endelig, hvad angår regulering af deres aktivitet, er et kendetegn, der deles mellem enzymerne i gruppen af ​​a-amylaser, at disse, ligesom andre amylaser, kan hæmmes af tungmetalioner såsom kviksølv, kobber, sølv og bly.

Struktur

Α-amylase er et multidomainenzym, der i dyr og planter har en tilnærmelsesvis molekylvægt på 50 kDa, og forskellige forfattere er enige om, at enzymerne, der hører til denne familie af glycohydrolaser, er enzymer med mere end ti strukturelle domæner.

Det centrale domæne eller det katalytiske domæne er meget konserveret og er kendt som domæne A, der består af en symmetrisk fold af 8 ß-foldede ark arrangeret i en "tønde" -form, der er omgivet af 8 alfa-helikser, så det kan også være findes i litteraturen som (β / α) 8 eller tønntype “TIM”.

Det er vigtigt at bemærke, at i den C-terminale ende af p-lagene af domæne A er konserverede aminosyrerester, der er involveret i katalyse og substratbinding, og at dette domæne er lokaliseret i det N-terminale område af proteinet.

Et andet af de mest studerede domæner af disse enzymer er det såkaldte B-domæne, der skiller sig ud mellem det ß-foldede ark og alfa-helix nummer 3 i domæne A. Dette spiller en grundlæggende rolle i bindingen af ​​substratet og divalent calcium.

Yderligere domæner er beskrevet for a-amylaseenzymer, såsom domæner C, D, F, G, H og I, som er placeret foran eller bag domæne A, og hvis funktioner ikke er nøjagtigt kendte og afhænger af organismen, som det studeres.

a-amylaser af mikroorganismer

Molekylvægten af ​​a-amylaser afhænger såvel som andre biokemiske og strukturelle egenskaber af den organisme, der undersøges. Således har a-amylaserne i mange svampe og bakterier vægt så lave som 10 kDa og så høje som 210 kDa.

Den høje molekylvægt af nogle af disse mikrobielle enzymer er ofte relateret til tilstedeværelsen af ​​glycosyleringer, skønt glycosylering af proteiner i bakterier er ret sjælden.

Funktioner

Hos dyr er a-amylaser ansvarlige for de første trin i metabolismen af ​​stivelse og glycogen, da de er ansvarlige for deres hydrolyse til mindre fragmenter. Organerne i mave-tarm-systemet, der er ansvarlige for dets produktion hos pattedyr, er bugspytkirtlen og spytkirtlerne.

Ud over dets åbenlyse metaboliske funktion betragtes produktionen af ​​a-amylaser produceret af spytkirtlerne hos mange pattedyr, aktiveret ved virkning af norepinephrin, af mange forfattere som en vigtig "psykobiologisk" markør for stress i det centrale nervesystem.

Det har også sekundære funktioner inden for oral sundhed, da dens aktivitet fungerer i eliminering af orale bakterier og i at forhindre, at de klæber til orale overflader.

Hovedfunktion i planter

I planter spiller a-amylaser en væsentlig rolle i frø spiring, da de er de enzymer, der hydrolyserer den stivelse, der findes i endospermen, der nærer embryoet indeni, en proces, der i det væsentlige styres af gibberellin, en fytohormon.

Industrielle applikationer

Enzymer, der hører til a-amylase-familien, har flere anvendelser i mange forskellige sammenhænge: industriel, videnskabelig og bioteknologisk osv.

I de store stivelsesforarbejdningsindustrier bruges a-amylaser populært til fremstilling af glukose og fruktose samt til produktion af brød med forbedret struktur og højere løftbarhed.

På det bioteknologiske område er der stor interesse med hensyn til forbedring af de kommercielle anvendte enzymer for at forbedre deres stabilitet og ydeevne under forskellige betingelser.

Referencer

1. Aiyer, PV (2005). Amylaser og deres anvendelser. African Journal of Biotechnology, 4 (13), 1525–1529.
2. Bernfeld, P. (1960). Amylaser, a og B. I enzymer af kulhydratmetabolisme (bind I, s. 149–158).
3. Granger, DA, Kivlighan, KT, El, M., Gordis, EB, & Stroud, LR (2007). Spyt a-Amylase i bio-opførselsforskning. Seneste udviklinger og applikationer. Ann. NY Acad. Sci., 1098, 122–144.
4. Monteiro, P., & Oliveira, P. (2010). Anvendelse af mikrobiel a-Amylase i industrien - En gennemgang. Brazilian Journal of Microbiology, 41, 850–861.
5. Reddy, NS, Nimmagadda, A., & Rao, KRSS (2003). En oversigt over den mikrobielle α-amylase-familie. African Journal of Biotechnology, 2 (12), 645–648.
6. Salt, W., & Schenker, S. (1976). Amylase - Dens kliniske betydning: en gennemgang af litteraturen. Medicin, 55 (4), 269-289.
7. Svensson, B., & Macgregor, EA (2001). Forhold mellem sekvens og struktur til specificitet i a-amylase-familien af ​​enzymer. Biochimica et Biophysica Acta, 1546, 1-20.
8. Thoma, JA, Spradlin, JE, & Dygert, S. (1925). Plante- og dyreamylaser. Ann. Chem., 1, 115-189.