Amyláza - Amylase

Alfa-amyláza
Slinná alfa-amyláza 1SMD.png
Lidská slinná amyláza: vápenatý ion viditelný ve světle khaki, chloridový ion v zelené. PDB 1SMD
Identifikátory
Č. ES 3.2.1.1
Č. CAS 9000-90-2
Databáze
IntEnz Pohled IntEnz
BRENDA BRENDA vstup
EXPAS Pohled NiceZyme
KEGG KEGG vstup
MetaCyc metabolická cesta
PRIAM profil
Struktury PDB Součet RCSB PDB PDBe PDB
Genová ontologie Amigo / QuickGO
Beta-amyláza
2xfr b amylase.png
Struktura ječmenové beta-amylázy. PDB 2xfr
Identifikátory
Č. ES 3.2.1.2
Č. CAS 9000-91-3
Databáze
IntEnz Pohled IntEnz
BRENDA BRENDA vstup
EXPAS Pohled NiceZyme
KEGG KEGG vstup
MetaCyc metabolická cesta
PRIAM profil
Struktury PDB Součet RCSB PDB PDBe PDB
Genová ontologie Amigo / QuickGO
Gama-amyláza. Glukan 1,4-alfa-glukosidáza
Identifikátory
Č. ES 3.2.1.3
Č. CAS 9032-08-0
Databáze
IntEnz Pohled IntEnz
BRENDA BRENDA vstup
EXPAS Pohled NiceZyme
KEGG KEGG vstup
MetaCyc metabolická cesta
PRIAM profil
Struktury PDB Součet RCSB PDB PDBe PDB
Genová ontologie Amigo / QuickGO

Amyláza ( / Æ m ɪ l z / ) je enzym , který katalyzuje hydrolýza ze škrobu (latina Amylum ) do cukrů . Amyláza je přítomna ve slinách lidí a některých dalších savců, kde začíná chemický proces trávení . Potraviny, které obsahují velké množství škrobu, ale málo cukru, jako je rýže a brambory , mohou při žvýkání získat mírně sladkou chuť, protože amyláza degraduje část jejich škrobu na cukr. Slinivky a slinné žlázy make amylasy ( alfa amyláza ), aby došlo k hydrolýze dietní škrobu do disacharidů a trisacharidů , které jsou převedeny jinými enzymy na glukózu dodávat tělu energii. Rostliny a některé bakterie také produkují amylázu. Specifické proteiny amylázy jsou označeny různými řeckými písmeny. Všechny amylázy jsou glykosidové hydrolázy a působí na α-1,4- glykosidické vazby .

Klasifikace

α-amyláza β-amyláza γ-amyláza
Zdroj Zvířata, rostliny, mikrobi Rostliny, mikrobi Zvířata, mikrobi
Tkáň Sliny, slinivka Semena, ovoce Tenké střevo
Místo štěpení Náhodná α-1,4 glykosidová vazba Druhá α-1,4 glykosidová vazba Poslední α-1,4 glykosidová vazba
Reakční produkty Maltóza , dextrin atd Sladový cukr Glukóza
Optimální pH 5,6–5,8 5.4–5.5 4,0–4,5
Optimální teplota při vaření 68–74 ° C (154–165 ° F) 58–65 ° C (136–149 ° F) 63–68 ° C (145–155 ° F)

α-amyláza

Tyto alfa-amylázy ( EC 3.2.1.1 ) ( CAS 9014-71-5) (Alternativní názvy: 1,4-α- D -glukan glukanohydrolázou; glycogenase) jsou vápenaté metaloenzymů . Působením na náhodných místech podél řetězce škrobu a-amyláza štěpí sacharidy s dlouhým řetězcem , čímž se nakonec získá buď maltotriosa a maltóza z amylózy , nebo maltóza, glukóza a „limit dextrin“ z amylopektinu . Patří do rodiny 13 glykosidhydrolázy .

Protože může působit kdekoli na substrát , α-amyláza má tendenci být rychlejší než beta-amyláza. U zvířat je to hlavní trávicí enzym a jeho optimální pH je 6,7–7,0.

V lidské fyziologii jsou slinné i slinivkové amylázy α-amylázy.

Forma α-amylázy se nachází také v rostlinách, houbách ( ascomycety a basidiomycety ) a bakteriích ( Bacillus ).

β-amyláza

Další forma amylázy, β-amyláza ( EC 3.2.1.2 ) (alternativní názvy: 1,4-α- D -glukan maltohydrolasa; glykogenáza; sacharogen amyláza) je také syntetizována bakteriemi , houbami a rostlinami . P-amyláza, která pracuje z neredukujícího konce, katalyzuje hydrolýzu druhé a-1,4 glykosidové vazby a štěpí dvě glukózové jednotky ( maltózu ) najednou. V průběhu zrání z ovoce , β-amylázy přestávky škrob na maltózu, což má za následek sladkou chuť zralého ovoce. Patří do rodiny glykosidhydrolázy 14 .

V semenech je přítomna jak α-amyláza, tak β-amyláza; β-amyláza je před klíčením přítomna v neaktivní formě , zatímco α-amyláza a proteázy se objevují, jakmile klíčení začalo. Mnoho mikrobů také produkuje amylázu k degradaci extracelulárních škrobů. Živočišné tkáně neobsahují β-amylázu, přestože mohou být přítomny v mikroorganismech obsažených v zažívacím traktu . Optimální pH pro β-amylázu je 4,0–5,0

γ-amyláza

γ-amyláza ( EC 3.2.1.3 ) (alternativní názvy: Glucan 1,4-a-glukosidasa ; amyloglucosidase; exo -1,4-α-glucosidase; glucoamylase; lysosomal α-glucosidase; 1,4-α- D -glucan glukohydroláza) rozštěpí α (1–6) glykosidické vazby, stejně jako poslední α-1,4 glykosidovou vazbu na neredukujícím konci amylózy a amylopektinu , čímž se získá glukóza . Y-amyláza má ze všech amyláz nejkyselejší optimální pH, protože je nejaktivnější kolem pH 3. Patří do řady různých rodin GH, jako je rodina glykosidhydrolázy 15 v houbách, rodina glykosidhydrolázy 31 lidského MGAM a glykosid rodina hydroláz 97 bakteriálních forem.

Využití

Kvašení

α- a β-amylázy jsou důležité při vaření piva a likéru vyrobeného z cukrů odvozených ze škrobu . V kvašení , kvasinky příjme cukry a vylučuje etanolu . V pivu a některých likérech byly cukry přítomné na začátku fermentace vyráběny „rmutováním“ zrn nebo jiných zdrojů škrobu (například brambor ). Při tradičním pivovarnictví se sladový ječmen mísí s horkou vodou a vytváří se „ rmut “, který se udržuje při dané teplotě, aby amylázy ve sladovém zrnu mohly převést škrob z ječmene na cukry. Různé teploty optimalizují aktivitu alfa nebo beta amylázy, což má za následek různé směsi fermentovatelných a nefermentovatelných cukrů. Při výběru teploty rmutu a poměru zrna k vodě může pivovar změnit obsah alkoholu, pocit v ústech , vůni a chuť hotového piva.

V některých historických metodách výroby alkoholických nápojů začíná přeměna škrobu na cukr tím, že pivovar žvýká zrno, aby ho smíchal se slinami. Tato praxe se nadále praktikuje v domácí výrobě některých tradičních nápojů, jako je chhaang v Himálaji, chicha v Andách a kasiri v Brazílii a Surinamu .

Přísada do mouky

Amylázy se používají při pečení chleba a k štěpení složitých cukrů, jako je škrob (nacházející se v mouce ), na jednoduché cukry. Kvasinky se pak živí těmito jednoduchými cukry a přeměňují je na odpadní produkty ethanolu a oxidu uhličitého . To dodává chuť a způsobuje, že chléb kyne. I když se amylázy přirozeně nacházejí v kvasinkových buňkách, kvasinkám trvá dlouho, než produkují dostatek těchto enzymů, aby rozložily značné množství škrobu v chlebu. To je důvodem dlouhých kvasných těst, jako je kynuté těsto . Moderní chlebové techniky zahrnovaly amylázy (často ve formě sladového ječmene ) do zlepšováku chleba , čímž se proces zrychlil a praktičtější pro komerční použití.

α-Amyláza je často uvedena jako přísada do komerčně balené mouky. Pekaři s dlouhou expozicí mouky obohacené o amylázu jsou ohroženi rozvojem dermatitidy nebo astmatu .

Molekulární biologie

V molekulární biologii může přítomnost amylázy sloužit jako další způsob selekce pro úspěšnou integraci reportérového konstruktu navíc k rezistenci na antibiotika . Protože jsou reportérové ​​geny lemovány homologními oblastmi strukturního genu pro amylázu, úspěšná integrace naruší gen amylázy a zabrání degradaci škrobu, což je snadno detekovatelné barvením jodem .

Lékařské využití

Amylase má také lékařské aplikace v použití substituční terapie pankreatických enzymů (PERT). Je to jedna ze složek přípravku Sollpura ( liprotamasa ), která pomáhá při štěpení sacharidů na jednoduché cukry.

Jiná použití

Inhibitor alfa-amylázy, nazývaný phaseolamin , byl testován jako potenciální pomoc při dietě .

Pokud je amyláza používána jako potravinářská přídatná látka , má číslo E E1100 a může pocházet z prasečí slinivky nebo plísní .

Bacilliary amyláza se také používá v pracích a oděvních prostředcích k rozpouštění škrobů z tkanin a nádobí.

Tovární pracovníci, kteří pracují s amylázou pro jakékoli z výše uvedených použití, jsou vystaveni zvýšenému riziku astmatu z povolání . Pět až devět procent pekařů má pozitivní kožní test a čtvrtina až třetina pekařů s dýchacími problémy je přecitlivělá na amylázu.

Hyperamylasémie

Amylázu krevního séra lze měřit pro účely lékařské diagnostiky . Vyšší než normální koncentrace může odrážet některý z několika zdravotních stavů, včetně akutního zánětu části slinivky břišní (může být měřena současně s konkrétnějším lipázy ), perforovaný peptický vřed , kroucení s ovariální cysty , škrcení , ileus , mezenterická ischémie , makroamylasémie a příušnicemi . Amylázu lze měřit v jiných tělesných tekutinách, včetně moči a peritoneální tekutiny.

Studie z ledna 2007 z Washingtonské univerzity v St. Louis naznačuje, že k indikaci spánkových deficitů lze použít testy enzymu na sliny , protože enzym zvyšuje svoji aktivitu v korelaci s dobou, po kterou byl subjekt zbaven spánku.

Dějiny

V roce 1831 popsal Erhard Friedrich Leuchs (1800–1837) hydrolýzu škrobu slinami v důsledku přítomnosti enzymu ve slinách „ ptyalin “, amylázy. bylo pojmenováno podle starořeckého názvu pro sliny: πτύαλον - ptyalon.

Moderní historie enzymů začala v roce 1833, kdy francouzští chemici Anselme Payen a Jean-François Persoz izolovali komplex amylázy z klíčícího ječmene a pojmenovali ho „ diastáza “. Z tohoto výrazu mají všechny následující názvy enzymů tendenci končit příponou -ase.

V roce 1862 Alexander Jakulowitsch Danilewsky (1838–1923) oddělil pankreatickou amylázu od trypsinu .

Vývoj

Slinná amyláza

Sacharidy jsou zdrojem energie bohaté na energii. Velké polymery, jako je škrob, jsou částečně hydrolyzovány v ústech enzymem amylázou, než jsou dále štěpeny na cukry. Mnoho savců zaznamenalo velkou expanzi v počtu kopií genu amylázy. Tyto duplikace umožňují, aby se pankreatická amyláza AMY2 znovu zaměřila na slinné žlázy, což zvířatům umožňuje detekovat škrob podle chuti a trávit škrob efektivněji a ve vyšších množstvích. To se stalo nezávisle na myších, potkanech, psech, prasatech a hlavně na lidech po zemědělské revoluci.

Po zemědělské revoluci před 12 000 lety se lidská strava místo lovu a shromažďování začala více přesouvat na domestikaci rostlin a zvířat . Škrob se stal základem lidské stravy.

Navzdory zjevným výhodám, raní lidé neměli slinnou amylázu, což je trend, který je také pozorován u evolučních příbuzných člověka, jako jsou šimpanzi a bonobové , kteří vlastní jednu nebo žádnou kopii genu zodpovědného za produkci slinné amylázy.

Stejně jako u jiných savců byla pankreatická alfa-amyláza AMY2 několikrát duplikována. Jedna událost jí umožnila vyvinout specifitu slin, což vedlo k produkci amylázy ve slinách (u lidí pojmenované jako AMY1 ). Oblast 1p21.1 lidského chromozomu 1 obsahuje mnoho kopií těchto genů, různě pojmenovaných AMY1A , AMY1B , AMY1C , AMY2A , AMY2B atd.

Ne všichni lidé však mají stejný počet kopií genu AMY1 . Populace, o nichž je známo, že se více spoléhají na sacharidy, mají vyšší počet kopií AMY1 než lidské populace, které pro srovnání konzumují málo škrobu. Počet AMY1 kopií genu u člověka se může pohybovat od šesti kopií v zemědělských skupinami, jako je Evropská-americké a japonské (dva vysoké populace škrobu), aby se pouze dvou až tří kopií v lovce-společnosti sběrače, jako jsou Biaka , Datog a Yakuts .

Korelace, která existuje mezi spotřebou škrobu a počtem kopií AMY1 specifických pro populaci, naznačuje, že přirozeným výběrem bylo vybráno více kopií AMY1 ve vysokých populacích škrobu a považováno za příznivý fenotyp pro tyto jedince. Proto je velmi pravděpodobné, že prospěch jedince, který má více kopií AMY1 v populaci s vysokým obsahem škrobu, zvyšuje kondici a produkuje zdravější, zdatnější potomky.

Tato skutečnost je zvláště zřejmá při porovnávání geograficky blízkých populací s různými stravovacími návyky, které mají různý počet kopií genu AMY1 . To je případ některých asijských populací, u nichž bylo prokázáno, že mají několik kopií AMY1 ve srovnání s některými zemědělskými populacemi v Asii. To nabízí silný důkaz, že na tento gen působil přirozený výběr, na rozdíl od možnosti, že se gen rozšířil genetickým driftem.

Variace počtu kopií amylázy u psů zrcadlí lidské populace, což naznačuje, že získali další kopie, když sledovali lidi kolem. Na rozdíl od lidí, jejichž hladina amylázy závisí na obsahu škrobu ve stravě, divoká zvířata, která jedí širokou škálu potravin, mívají více kopií amylázy. To může mít co do činění hlavně s detekcí škrobu na rozdíl od trávení.

Reference