ALFA-AMYLASE: KENMERKEN, STRUCTUUR, FUNCTIES - BIOLOGIE - 2026

De alfa-amylase (α-amylase) is een amylolytische enzymgroep amylasen endo die verantwoordelijk is voor de hydrolyse van α-1,4-bindingen tussen de glucoseresiduen die verschillende soorten koolhydraten in de natuur bevatten.

Systematisch bekend als systematisch bekend als α-1,4-glucaan 4-glucanohydrolen heeft een brede verspreiding, aangezien het wordt aangetroffen in dieren, planten en micro-organismen. Bij mensen zijn bijvoorbeeld de amylasen die aanwezig zijn in het speeksel en de amylasen die worden uitgescheiden door de pancreas van het a-amylase-type.

Structuur van het C-terminale domein van het dierlijke alfa-amylase-enzym (Bron: Jawahar Swaminathan en MSD-personeel van het European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Kuhn was in 1925 de eerste die de term "α-amylase" gebruikte, gebaseerd op het feit dat de hydrolyseproducten die deze enzymen katalyseren een α-configuratie hebben. Later, in 1968, werd vastgesteld dat deze bij voorkeur werken op substraten met een lineaire en onvertakte structurele configuratie.

Net als andere amylolytische enzymen is α-amylase verantwoordelijk voor de hydrolyse van zetmeel en andere verwante moleculen zoals glycogeen, waarbij kleinere polymeren worden geproduceerd die bestaan ​​uit zich herhalende glucose-eenheden.

Naast de fysiologische functies die dit enzym heeft in dieren, planten en de micro-organismen die het tot expressie brengen, vertegenwoordigt α-amylase, samen met de andere bestaande klassen van amylasen, 25% van de enzymen die worden gebruikt voor industriële en biotechnologische doeleinden van de huidige markt.

Veel soorten schimmels en bacteriën zijn de belangrijkste bron voor het verkrijgen van de α-amylasen die vaker worden gebruikt in de industrie en wetenschappelijke experimenten. Dit komt voornamelijk door de veelzijdigheid, de gemakkelijke verkrijgbaarheid, de eenvoudige bediening en de lage productiekosten.

kenmerken

De α-amylasen die in de natuur worden aangetroffen, kunnen zeer verschillende optimale pH-bereiken hebben voor hun functie; Het optimum voor α-amylasen van dieren en planten ligt bijvoorbeeld tussen 5,5 en 8,0 pH-eenheden, maar sommige bacteriën en schimmels hebben meer basische en zuurdere enzymen.

De enzymen die aanwezig zijn in het speeksel en de alvleesklier van zoogdieren werken het beste bij pH-waarden dichtbij 7 (neutraal). Bovendien hebben ze chloride-ionen nodig om hun maximale enzymatische activiteit te bereiken en zijn ze in staat zich te binden aan tweewaardige calciumionen.

Beide dierlijke enzymen, speeksel en pancreas, worden in organismen geproduceerd door onafhankelijke mechanismen waarbij specifieke cellen en klieren betrokken zijn en die waarschijnlijk niet gerelateerd zijn aan de enzymen die aanwezig zijn in de bloedbaan en andere lichaamsholten.

Zowel de optimale pH als de temperatuur voor het functioneren van deze enzymen hangt sterk af van de fysiologie van het betreffende organisme, aangezien er Extremofiele micro-organismen zijn die onder zeer bijzondere omstandigheden groeien met betrekking tot deze en vele andere parameters.

Ten slotte, in termen van de regulering van hun activiteit, is een gemeenschappelijk kenmerk van de enzymen van de groep van α-amylasen dat deze, net als andere amylasen, kunnen worden geremd door zware metaalionen zoals kwik, koper, zilver en lood.

Structuur

Α-amylase is een multidomein-enzym dat bij dieren en planten een molecuulgewicht van ongeveer 50 kDa heeft en verschillende auteurs zijn het erover eens dat de enzymen die tot deze familie van glycohydrolasen behoren enzymen zijn met meer dan tien structurele domeinen.

Het centrale domein of katalytische domein is sterk geconserveerd en staat bekend als domein A, dat bestaat uit een symmetrische vouw van 8 β-gevouwen vellen gerangschikt in een "tonvormige" vorm die zijn omgeven door 8 alfa-helices, dus het kan ook gevonden in de literatuur als (β / α) 8 of barrel type “TIM”.

Het is belangrijk op te merken dat aan het C-terminale uiteinde van de β-vellen van domein A geconserveerde aminozuurresiduen zijn die betrokken zijn bij katalyse en substraatbinding en dat dit domein zich in het N-terminale gebied van het eiwit bevindt. .

Een van de meest bestudeerde domeinen van deze enzymen is het zogenaamde B-domein, dat opvalt tussen het β-gevouwen vel en de alfa-helix nummer 3 van domein A. Dit speelt een fundamentele rol bij de binding van het substraat en het tweewaardige calcium.

Er zijn aanvullende domeinen beschreven voor α-amylase-enzymen, zoals domeinen C, D, F, G, H en I, die zich voor of achter domein A bevinden en waarvan de functies niet precies bekend zijn en afhankelijk zijn van het organisme dat het wordt bestudeerd.

α-amylasen van micro-organismen

Het molecuulgewicht van α-amylasen hangt, evenals andere biochemische en structurele kenmerken, af van het organisme dat wordt bestudeerd. Aldus hebben de α-amylasen van veel schimmels en bacteriën een gewicht van slechts 10 kDa en zo hoog als 210 kDa.

Het hoge molecuulgewicht van sommige van deze microbiële enzymen houdt vaak verband met de aanwezigheid van glycosyleringen, hoewel glycosylering van eiwitten in bacteriën vrij zeldzaam is.

Kenmerken

Bij dieren zijn α-amylasen verantwoordelijk voor de eerste stappen in het metabolisme van zetmeel en glycogeen, aangezien ze verantwoordelijk zijn voor hun hydrolyse tot kleinere fragmenten. De organen van het gastro-intestinale systeem die verantwoordelijk zijn voor de productie ervan bij zoogdieren zijn de alvleesklier en de speekselklieren.

Naast de duidelijke metabolische functie, wordt de productie van α-amylasen geproduceerd door de speekselklieren van veel zoogdieren, geactiveerd door de werking van noradrenaline, door veel auteurs beschouwd als een belangrijke "psychobiologische" marker van stress in het centrale zenuwstelsel.

Het heeft ook secundaire functies bij de mondgezondheid, omdat zijn activiteit werkt bij de eliminatie van mondbacteriën en bij het voorkomen van hun hechting aan mondoppervlakken.

Hoofdfunctie in planten

In planten spelen α-amylasen een essentiële rol bij het ontkiemen van zaden, aangezien het de enzymen zijn die het zetmeel dat aanwezig is in het endosperm dat het embryo binnenin voedt, hydrolyseren, een proces dat hoofdzakelijk wordt gecontroleerd door gibberelline, een fytohormoon.

Industriële toepassingen

Enzymen die tot de α-amylase-familie behoren, hebben meerdere toepassingen in veel verschillende contexten: industrieel, wetenschappelijk en biotechnologisch, enz.

In de grote zetmeelverwerkende industrieën worden α-amylasen in de volksmond gebruikt voor de productie van glucose en fructose, evenals voor de productie van brood met verbeterde texturen en een hoger rijsvermogen.

Op biotechnologisch gebied is er veel belangstelling voor de verbetering van de enzymen die commercieel worden gebruikt, om hun stabiliteit en prestaties onder verschillende omstandigheden te verbeteren.

Referenties

1. Aiyer, PV (2005). Amylasen en hun toepassingen. African Journal of Biotechnology, 4 (13), 1525-1529.
2. Bernfeld, P. (1960). Amylases, a en B. In Enzymes of Carbohydrate Metabolism (Deel I, pp. 149-158).
3. Granger, DA, Kivlighan, KT, El, M., Gordis, EB, & Stroud, LR (2007). Speeksel a-Amylase in biobehavioral onderzoek. Recente ontwikkelingen en toepassingen. Ann. NY Acad. Sci., 1098, 122–144.
4. Monteiro, P. en Oliveira, P. (2010). Toepassing van microbiële a-amylase in de industrie - een overzicht. Brazilian Journal of Microbiology, 41, 850-861.
5. Reddy, NS, Nimmagadda, A., & Rao, KRSS (2003). Een overzicht van de microbiële α-amylase-familie. African Journal of Biotechnology, 2 (12), 645–648.
6. Salt, W., & Schenker, S. (1976). Amylase- De klinische betekenis ervan: een overzicht van de literatuur. Geneeskunde, 55 (4), 269-289.
7. Svensson, B., en Macgregor, EA (2001). Verband tussen sequentie en structuur en specificiteit in de a-amylase-familie van enzymen. Biochimica et Biophysica Acta, 1546, 1–20.
8. Thoma, JA, Spradlin, JE, & Dygert, S. (1925). Plantaardige en dierlijke amylasen. Ann. Chem., 1, 115-189.