AMYLÁZA: CHARAKTERISTIKA, KLASIFIKÁCIA, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Amyláza je termín používaný na identifikáciu dôležitej skupiny enzýmov, ktoré sú zodpovedné za hydrolýzu glykozidických väzieb medzi molekulami glukózy prítomnými v uhľohydrátoch, ako je škrob a ďalšie príbuzné, ktoré sa požívajú v potrave mnohých živých organizmov.

Tento typ enzýmu tvoria baktérie, huby, zvieratá a rastliny, kde katalyzujú v podstate rovnaké reakcie a majú rôzne funkcie, ktoré súvisia hlavne s energetickým metabolizmom.

Grafické znázornenie alfa-amylázy živočíšneho pôvodu (Zdroj: pracovníci Jawahara Swaminathana a MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku prostredníctvom Wikimedia Commons)

Produkty hydrolytických reakcií glykozidických väzieb sa môžu považovať za charakteristické pre každý typ amylolytického enzýmu, takže je to často dôležitý parameter pre ich klasifikáciu.

Dôležitosť týchto enzýmov, antropocentricky povedané, nie je iba fyziologická, pretože v súčasnosti má tento typ enzýmov veľký biotechnologický význam v priemyselnej výrobe potravín, papiera, textilu, cukrov a ďalších.

Termín „amyláza“ pochádza z gréckeho „amylonu“, čo znamená škrob, ktorý bol vytvorený v roku 1833 vedcami Payenom a Persozom, ktorí študovali hydrolytické reakcie tohto enzýmu na škrob.

vlastnosti

Niektoré amylázy majú multimerickú povahu, ako je napríklad β-amyláza zo sladkých zemiakov, ktorá sa správa ako tetramér. Približná molekulová hmotnosť amylázových monomérov je však v rozsahu 50 kDa.

Rastlinné a živočíšne enzýmy majú všeobecne relatívne „bežné“ zloženie aminokyselín a majú optimálnu aktivitu pri pH medzi 5,5 a 8 jednotkami (pričom živočíšne amylázy sú aktívnejšie pri neutrálnejšom pH).

Amylázy sú enzýmy schopné hydrolyzovať glykozidické väzby veľkého počtu polysacharidov, všeobecne produkujúce disacharidy, ale nie sú schopné hydrolyzovať komplexy, ako je celulóza.

Vlastnosti substrátu

Dôvod, prečo sú amylázy v prírode také dôležité, najmä pri trávení uhľohydrátov, súvisí so všadeprítomnou prítomnosťou ich prírodného substrátu (škrobu) v tkanivách „vyššej“ zeleniny, ktoré slúžia ako zdroj potravín pre rôzne druhy zvierat a mikroorganizmov.

Tento polysacharid sa skladá z dvoch makromolekulárnych komplexov známych ako amylóza (nerozpustná) a amylopektín (rozpustná). Amylózové zvyšky sú tvorené lineárnymi reťazcami glukózových zvyškov spojených väzbami a-1,4 a sú degradované a-amylázami.

Amylopektín je zlúčenina s vysokou molekulovou hmotnosťou, je tvorená rozvetvenými reťazcami glukózových zvyškov spojených väzbami a-1,4, ktorých vetvy sú podporené väzbami a-1,6.

klasifikácia

Enzýmy amylázy sú klasifikované podľa miesta, kde sú schopné prerušiť glykozidické väzby ako endoamylázy alebo exoamylázy. Prvé hydrolyzujú väzby vo vnútorných oblastiach uhľohydrátov, zatiaľ čo druhé môžu katalyzovať hydrolýzu zvyškov iba na koncoch polysacharidov.

Okrem toho tradičná klasifikácia súvisí so stereochémiou ich reakčných produktov, takže tieto proteíny s enzymatickou aktivitou sa tiež klasifikujú ako a-amylázy, p-amylázy alebo y-amylázy.

- a-amylázy (a-1,4-glukán-4-glukánové hydrolázy) sú endoamylázy, ktoré pôsobia na vnútorné väzby substrátov s lineárnou konformáciou a ktorých produkty majú konfiguráciu a a sú zmesami oligosacharidov.

-P-amylázy (a-1,4-glukán maltohydrolázy) sú rastlinné exoamylázy, ktoré pôsobia na väzby na neredukujúcich koncoch polysacharidov, ako je škrob a ktorých hydrolytické produkty sú zvyšky p-maltózy.

- Nakoniec, y-amylázy sú treťou triedou amyláz, ktoré sa nazývajú aj glukoamylázy (a-1,4-glukán-glukohydrolázy), ktoré sú podobne ako p-amylázy exoamylázy schopné odstrániť jednoduché glukózové jednotky z neredukujúcich koncov. polysacharidy a invertujú ich konfiguráciu.

Posledne uvedená trieda enzýmov môže hydrolyzovať väzby a-1,4 a a, 1-6, čím sa premieňajú substráty, ako je škrob, na D-glukózu. U zvierat sa vyskytujú hlavne v pečeňovom tkanive.

Aktuálne poradie

S príchodom nových techník biochemickej analýzy pre enzýmy a ich substráty a produkty niektorí autori určili, že existuje najmenej šesť tried enzýmov amylázy:

1-Endoamylázy, ktoré hydrolyzujú a-1,4-glukozidické väzby a ktoré môžu "obísť" (obísť) a-1,6 väzby. Príkladmi tejto skupiny sú a-amylázy.

2-Exoamylázy schopné hydrolyzovať a-1,4, ktorých hlavnými produktmi sú zvyšky maltózy a väzby a-1,6, sa nedajú „preskočiť“. Príkladom skupiny sú p-amylázy.

3-Exoamylázy schopné hydrolyzovať väzby a-1,4 a a-1,6, ako sú amyloglukozidázy (glukoamylázy) a ďalšie exoamylázy.

4-Amylázy, ktoré iba hydrolyzujú a-1,6 glukozidické väzby. V tejto skupine sú „odštepujúce“ enzýmy a iné známe ako pullulanázy.

5-Amylázy, ako sú a-glukozidázy, ktoré výhodne hydrolyzujú a-1,4 väzby krátkych oligosacharidov produkovaných pôsobením iných enzýmov na substráty, ako je amylóza alebo amylopektín.

6-Enzýmy, ktoré hydrolyzujú škrob na neredukujúce cyklické polyméry D-glukozidických zvyškov známych ako cyklodextríny, ako sú niektoré bakteriálne amylázy.

Vlastnosti

Mnohé sú funkcie, ktoré sa pripisujú enzýmom s amylázovou aktivitou, a to nielen z prírodného alebo fyziologického hľadiska, ale aj z obchodného a priemyselného hľadiska, priamo súvisiace s človekom.

U zvierat

Amylázy u zvierat sa vyskytujú hlavne v slinách, pečeni a pankrease, kde sprostredkujú degradáciu rôznych polysacharidov spotrebovaných v potrave (živočíšneho pôvodu (glykogény) alebo zeleniny (škroby)).

A-amyláza prítomná v slinách sa používa ako indikátor fyziologického stavu slinných žliaz, pretože predstavuje viac ako 40% proteínovej produkcie týchto žliaz.

V orálnom kompartmente je tento enzým zodpovedný za „pred trávenie“ škrobu, pričom vzniká zvyšky maltózy, maltotriózy a dextrínu.

V rastlinách

V rastlinách je škrob rezervným polysacharidom a jeho hydrolýza sprostredkovaná enzýmami amylázy má mnoho dôležitých funkcií. Medzi nimi môžeme zdôrazniť:

• Klíčenie semien obilnín trávením aleurónovej vrstvy.
• Degradácia rezervných látok na získavanie energie vo forme ATP.

V mikroorganizmoch

Mnoho mikroorganizmov používa amylázy na získavanie uhlíka a energie z rôznych zdrojov polysacharidov. V priemysle sa tieto mikroorganizmy využívajú na výrobu týchto enzýmov vo veľkom meradle, ktoré slúžia na uspokojenie rôznych obchodných požiadaviek človeka.

Priemyselné použitie

V priemysle sa amylázy používajú na rôzne účely vrátane výroby maltózy, sirupov s vysokým obsahom fruktózy, zmesí oligosacharidov, dextrínov atď.

Používajú sa tiež na priame alkoholové kvasenie škrobu na etanol v pivovarníckom priemysle a na použitie napríklad odpadovej vody vznikajúcej pri spracovaní potravín na rastlinnej báze ako zdroja potravy na rast mikroorganizmov.

Referencie

1. Aiyer, PV (2005). Amylázy a ich aplikácie. African Journal of Biotechnology, 4 (13), 1525 - 1529.
2. Azcón-Bieto, J. a Talón, M. (2008). Základy fyziologie rastlín (2. vydanie). Madrid: Španielska spoločnosť McGraw-Hill Interamericana.
3. Del Vigna, P., Trinidade, A., Naval, M., Soares, A., & Reis, L. (2008). Zloženie a funkcie slín: Komplexné preskúmanie. The Journal of Contemporary Dental Practice, 9 (3), 72–80.
4. Naidu, MA, & Saranraj, P. (2013). Bakteriálna amyláza: prehľad. International Journal of Pharmaceutical & Biological Archives, 4 (2), 274 - 287.
5. Salt, W., & Schenker, S. (1976). Amyláza - jej klinický význam: prehľad literatúry. Medicine, 55 (4), 269 - 289.
6. Saranraj, P., & Stella, D. (2013). Fungálna amyláza - prehľad. International Journal of Microbiological Research, 4 (2), 203-211.
7. Solomon, E., Berg, L. a Martin, D. (1999). Biológia (5. vydanie). Philadelphia, Pensylvánia: Saunders College Publishing.
8. Thoma, JA, Spradlin, JE, a Dygert, S. (1925). Rastlinné a živočíšne amylázy. Ann. Chem., 1, 115-189.