ALFA-AMILAZA: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Amilaza alfa (α-amilază) este un grup de enzime amilolitice amilaze endo , care este responsabil pentru hidroliza a-1,4 legături între resturile de glucoză care cuprind diferite tipuri de carbohidrați în natură.

Cunoscut sistematic sub denumirea de α-1,4-glucan 4-glucanohidrolele are o distribuție largă, deoarece se găsește la animale, plante și microorganisme. La om, de exemplu, amilazele prezente în salivă și cele secretate de pancreas sunt de tipul α-amilaze.

Structura domeniului C-terminal al enzimei alfa-amilaza animală (Sursa: Jawahar Swaminathan și personalul MSD la Institutul European de Bioinformatică prin Wikimedia Commons)

Kuhn, în 1925, a fost primul care a monedat termenul „α-amilază” bazat pe faptul că produsele de hidroliză care catalizează aceste enzime au configurația α. Mai târziu, în 1968, s-a stabilit că acestea acționează în mod preferențial asupra substraturilor de configurație structurală liniară și neegalată.

Ca și alte enzime amilolitice, α-amilaza este responsabilă pentru hidroliza amidonului și a altor molecule înrudite, cum ar fi glicogenul, producând polimeri mai mici alcătuiți din unități de glucoză repetate.

Pe lângă funcțiile fiziologice pe care le are această enzimă la animale, plante și microorganisme care o exprimă, α-amilaza, împreună cu celelalte clase existente de amilaze, reprezintă 25% din enzimele utilizate în scopuri industriale și biotehnologice ale piața curentă

Multe specii de ciuperci și bacterii sunt principala sursă de obținere a-amilazelor care sunt utilizate mai frecvent în industrie și experimentare științifică. Acest lucru se datorează în principal versatilității sale, obținerii ușoare, manevrabilității simple și costurilor reduse legate de producția sa.

caracteristici

Α-amilazele găsite în natură pot avea valori de pH optime foarte diferite pentru funcția lor; de exemplu, α-amilazele animale și vegetale sunt cuprinse între 5,5 și 8,0 unități de pH, dar unele bacterii și ciuperci au enzime mai alcaline și mai acide.

Enzimele prezente în salivă și în pancreasul de mamifer funcționează cel mai bine la pH-ul apropiat de 7 (neutru) în plus, necesită ioni de cloră pentru a atinge activitatea lor enzimatică maximă și sunt capabili să se lege cu ioni de calciu divalenți.

Ambele enzime animale, salivare și pancreatice, sunt produse în organisme prin mecanisme independente care implică celule și glande specifice și care probabil nu sunt legate de enzimele prezente în fluxul sanguin și în alte cavități ale corpului.

Atât pH-ul cât și temperatura optimă pentru funcționarea acestor enzime depind în mare măsură de fiziologia organismului analizat, deoarece există microorganisme extremremofile care cresc în condiții foarte speciale în raport cu acești și mulți alți parametri.

În cele din urmă, în ceea ce privește reglarea activității lor, o caracteristică împărtășită între enzimele grupului de α-amilaze este că acestea, ca și alte amilaze, pot fi inhibate de ioni de metale grele, cum ar fi mercur, cupru, argint și plumb.

Structura

Α-amilaza este o enzimă multidomină care, la animale și plante, are o greutate moleculară aproximativă de 50 kDa și diferiți autori sunt de acord că enzimele aparținând acestei familii de glicohidrolaze sunt enzime cu mai mult de zece domenii structurale.

Domeniul central sau domeniul catalitic este foarte conservat și este cunoscut sub denumirea de domeniu A, care constă dintr-un pli simetric de 8 foi pliate β dispuse în formă de „butoi” care sunt înconjurate de 8 elice alfa, deci poate fi și găsit în literatura de specialitate ca (β / α) 8 sau tip tip „TIM”.

Este important de menționat că la capătul C-terminal al foilor β din domeniul A se conservă resturi de aminoacizi care sunt implicate în legarea catalizei și a substratului și că acest domeniu este situat în regiunea N-terminal a proteinei .

Un alt dintre cele mai studiate domenii ale acestor enzime este așa-numitul domeniu B, care se remarcă între foaia pliată β și alfa numărul 3 a domeniului A. El joacă un rol fundamental în legarea substratului și a calciului divalent.

Domenii suplimentare au fost descrise pentru enzime α-amilază, cum ar fi domeniile C, D, F, G, H și I, care sunt situate în fața sau în spatele domeniului A și ale căror funcții nu sunt cunoscute exact și depind de organismul care este studiat.

α-amilaze ale microorganismelor

Greutatea moleculară a α-amilazelor depinde, precum și de alte caracteristici biochimice și structurale, de organismul studiat. Astfel, α-amilazele multor ciuperci și bacterii au greutăți de până la 10 kDa și până la 210 kDa.

Greutatea moleculară mare a unora dintre aceste enzime microbiene este adesea legată de prezența glicozilărilor, deși glicozilarea proteinelor din bacterii este destul de rară.

Caracteristici

La animale, α-amilazele sunt responsabile pentru primii pași în metabolismul amidonului și glicogenului, deoarece sunt responsabili pentru hidroliza lor la fragmente mai mici. Organele sistemului gastro-intestinal responsabile de producerea sa la mamifere sunt pancreasul și glandele salivare.

În plus față de funcția sa metabolică evidentă, producția de α-amilaze produse de glandele salivare ale multor mamifere, activată prin acțiunea norepinefrinei, este considerată de mulți autori ca un important marker „psiobiologic” al stresului în sistemul nervos central.

De asemenea, are funcții secundare în sănătatea orală, deoarece activitatea sa lucrează în eliminarea bacteriilor orale și în prevenirea aderenței acestora la suprafețele orale.

Funcția principală în plante

La plante, α-amilazele joacă un rol esențial în germinarea semințelor, deoarece sunt enzimele care hidrolizează amidonul prezent în endospermul care hrănește embrionul în interior, proces controlat în esență de giberellină, o fitohormonă.

Aplicații industriale

Enzimele aparținând familiei α-amilaza au multiple aplicații în multe contexte diferite: industriale, științifice și biotehnologice etc.

În marile industrii de prelucrare a amidonului, α-amilazele sunt utilizate în mod popular pentru producerea de glucoză și fructoză, precum și pentru producerea pâinii cu texturi îmbunătățite și cu o capacitate mai mare de ridicare.

În domeniul biotehnologic, există mult interes în ceea ce privește îmbunătățirea enzimelor utilizate comercial, pentru a îmbunătăți stabilitatea și performanța acestora în diferite condiții.

Referințe

1. Aiyer, PV (2005). Amilazele și aplicațiile lor. African Journal of Biotechnology, 4 (13), 1525-1529.
2. Bernfeld, P. (1960). Amilazele, a și B. În enzimele metabolismului carbohidrat (vol. I, pp. 149-158).
3. Granger, DA, Kivlighan, KT, El, M., Gordis, EB, & Stroud, LR (2007). A-amilază salivară în cercetarea bio-comportamentală. Dezvoltări și aplicații recente. Ann. NY Acad. Sci., 1098, 122–144.
4. Monteiro, P., & Oliveira, P. (2010). Aplicarea a-amilazei microbiene în industrie - O revizuire. Jurnalul brazilian de microbiologie, 41, 850–861.
5. Reddy, NS, Nimmagadda, A., & Rao, KRSS (2003). O imagine de ansamblu a familiei microbiene de α-amilaza. African Journal of Biotechnology, 2 (12), 645–648.
6. Salt, W., & Schenker, S. (1976). Amilază - Semnificația sa clinică: o revizuire a literaturii. Medicină, 55 (4), 269–289.
7. Svensson, B., & Macgregor, EA (2001). Relația de secvență și structură cu specificul din familia de enzime a-amilaza. Biochimica et Biophysica Acta, 1546, 1-20.
8. Thoma, JA, Spradlin, JE, & Dygert, S. (1925). Amilazele vegetale și animale. Ann. Chem., 1, 115-189.