α-Amylaza – Wikipedia, wolna encyklopedia

α-Amylaza
Model cząsteczki ludzkiej α-amylazy ślinowej
Identyfikacja
numer CAS

9000-90-2

numer EC

3.2.1.1

α-Amylaza (4-glukanohydrolaza α-1,4 glukanu[1], EC 3.2.1.1[2][3]) – organiczny związek chemiczny, enzym z grupy amylaz, hydrolizujący losowe wiązania α−1,4−glikozydowe α−glikanów (skrobii, glikogenu i analogicznych cukrów) do oligosacharydów o różnej długości łańcucha. Koniec redukujący produktu hydrolizy jest anomerem α, z czego wynika oznaczenie „α” w nazwie tego enzymu (a nie z konfiguracji hydrolizowanego)[2][3][1][4]. W jamie ustnej α-amylaza obecna w ślinie inicjuje trawienie polisacharydów do oligosacharydów, maltozy i glukozy, po czym proces ten kontynuowany przez amylazę trzustkową, która kończy hydrolizę na poziomie tri- i disacharydów[4][5]. Są one ostatecznie rozkładane do glukozy w jelitach[4]. W organizmie człowieka α-amylaza produkowana jest głównie przez ślinianki oraz trzustkę, a jej najwyższą aktywność stwierdza się w ślinie i soku trzustkowym[6]. Ponadto jest ona obecna m.in. w śluzówce jelita, moczu, mięśniach, nerkach, płucach, płynie mózgowo-rdzeniowym, pocie, nasieniu oraz w komórkach nowotworowych[6][7]. α-Amylazy występują u kręgowców, bezkręgowców, w roślinach i mikroorganizmach[7].

U człowieka α-amylaza jest kodowana przez dwa geny, znajdujące się w chromosomie 1[7]. W jej centrum aktywnym znajdują się trzy reszty aminokwasowe: kwasu glutaminowego (233 miejsce w łańcuchu białkowym) i kwasu asparaginowego (miejsce 197 i 300)[4].

Historia

[edytuj | edytuj kod]

W 1811 r. Gottlieb Kirchhoff(inne języki), a w 1830 r. Augustin-Pierre Dubrunfaut(inne języki) odkryli, że zdolność do rozkładu skrobi mają ekstrakty pszenicy i słodu jęczmiennego, a czynnik odpowiedzialny za ten rozkład nazwano diastazą[7]. W 1925 r. Kuhn zastąpił to określenie α-amylazą[7][8] (od greckiej nazwy skrobii amylon[7]).

Biologia człowieka

[edytuj | edytuj kod]
α-Amylaza z zaznaczonymi resztami aminokwasowymi, które wchodzą w skład miejsca aktywnego. Kolor różowy: kwas glutaminowy (233 miejsce w łańcuchu białkowym); kolor żółty: kwas asparaginowy (197 miejsce); kolor niebieski: kwas asparaginowy (300 miejsce).

U człowieka opisano pięć izoenzymów α-amylazy (trzy izoformy amylazy ślinowej oraz dwie amylazy trzustkowej)[5]. Struktury ludzkich izoenzymów α-amylazy zostały określone metodą krystalografii rentgenowskiej[5].

Amylaza ślinowa

[edytuj | edytuj kod]

α-Amylaza ślinowa (ptalina) występuje w formie pojedynczego łańcucha zbudowanego z 18 reszt aminokwasowych[7]. Ptialina jest syntetyzowana na polirybosomach kоmórek gruczołów ślinowych, a następnie przechowywana w postaci ziaren w cytoplazmie komórki jako proenzym[6].

Optymalne pH dla działania ptialiny wynosi 6,7[7] (zakres działania waha się od 5,6 do 6,9[9]), a temperatura 37 °C[9]. Ptialina wymaga obecności jonów chlorkowych, bromkowych i jodkowych. Enzym jest inaktywowany poniżej pH 3,3 żołądka[9].

Badania opublikowane w pierwszej dekadzie XXI w. wskazały, że oznaczanie poziomu α-amylazy ślinowej może być przydatne jako wskaźnik stresu psychospołecznego[10] i nieinwazyjny biomarker aktywności układu współczulnego[11]. Później odkryto również korelację aktywności α-amylazy ślinowej (oraz liczby kopii genu AMY1 kodującego ten enzym) z ryzykiem występowania próchnicy[12][13].

Amylaza trzustkowa

[edytuj | edytuj kod]

Amylaza trzustkowa jest białkiem globularnym o masie cząsteczkowej 52 kD[7]. α-amylaza trzustkowa syntetyzowana jest w komórkach pęcherzykowych trzustki i przechowywana w cytoplazmie tych komórek w postaci nieczynnego proenzymu[6]. Enzym wydzielany jest do przewodu pokarmowego w postaci czynnej, a jego aktywność jest zależna od obecności jonów wapnia w centrum katalitycznym[7]. Miejscem działania enzymu jest jelito cienkie[7]. Syntezę amylazy trzustkowej pobudza insulina[6].

Inhibitory α-amylaz

[edytuj | edytuj kod]

Inhibitory α-amylaz używane są w profilaktyce i leczeniu m.in. cukrzycy typu 2 i otyłości ze względu na to, że opóźniają i blokują poposiłkowe trawienie i wchłanianie węglowodanów, dzięki czemu kontrolują wzrost poziomu glukozy we krwi[5]. Do inhibitorów α-amylaz należą flawonoidy, polifenole, garbniki roślinne, terpeny i pochodne kwasu cynamonowego[5].

Diagnostyka medyczna

[edytuj | edytuj kod]

Aktywność α-amylazy oznaczana może być w próbkach krwi żylnej pobranych na skrzep, porannej próbce moczu oraz w płynie z jam ciała i w soku trzustkowym[7]. Zakres normy α-amylazy wykazuje dużą zmienność, która jest zależna od wieku pacjenta oraz metody oznaczania, jednak po 60. roku życia jej aktywność stopniowo się zwiększa, będąc następstwem upośledzenia czynności nerek i jej retencji w organizmie[7]. Całkowita aktywność α−amylazy w surowicy jest zależna od aktywności amylaz pochodzących z tkanek, czasu półtrwania enzymu (który według różnych metod oznaczania wynosi od 1,4 do 17,7 godziny), czynności nerek, klirensu wątrobowego i pojemności inhibitorowej[7].

Stężenie α-amylazy rośnie w przypadku ostrego zapalenia trzustki (OZT). Powinno obniżać się po 2-5 dniach, w innym przypadku należy spodziewać się powikłań choroby[14]. W przypadku OZT podwyższone stężenie amylazy w moczu może utrzymywać się do 3 tygodni z powodu przedłużonego oczyszczania nerkowego[14].

Podwyższone stężenie α-amylazy może wystąpić również w przypadku m.in. urazów trzustki, perforacji wrzodu trawiennego, ciąży pozamacicznej, ostrego zapalenia wyrostka robaczkowego, ostrego zapalenia pęcherzyka żółciowego, niewydolności nerek, urazu głowy czy kwasicy ketonowej[15].

Przemysł

[edytuj | edytuj kod]

α-Amylazy wraz z proteazami stanowią ponad 70% światowego rynku biokatalizatorów[4]. Do produkcji α-amylaz wykorzystuje się bakterie (zazwyczaj szczepy Bacillus, Streptomyces i Thermomyces lanuginosus(inne języki)) i grzyby, zwykle z rodzajów Rhizopus, Trichoderma, Penicillium, Fusarium i Aspergillus. Preparaty otrzymywane z grzybów są bardziej stabilne termicznie od bakteryjnych[16].

Enzymy te są szeroko stosowane w przemyśle papierniczym, tekstylnym, farmaceutycznym, piwowarskim, spożywczym i cukrowniczym, a także do upłynniania skrobi[16]. Podstawowe zastosowanie α-amylazy w przemyśle to hydroliza skrobi, dzięki czemu otrzymuje się z niej glukozę i maltozę[4].

Przypisy

[edytuj | edytuj kod]
  1. a b Lucyna Słomińska, Magdalena Garbacik, Porównanie właściwości hydrolitycznych dwóch termostabilnych preparatów enzymatycznych, „Technologia Alimentaria”, 1 (2), 2002, s. 21-30 [dostęp 2024-01-28].
  2. a b EC 3.2.1.1 [online], enzyme.expasy.org [dostęp 2024-01-28] (ang.).
  3. a b EC 3.2.1.1 [online], www.enzyme-database.org [dostęp 2024-01-28] (ang.).
  4. a b c d e f Zbigniew Chałupka, Immobilizowane alfa-amylazy i celulazy w zastosowaniach praktycznych, „Wiadomości Chemiczne”, 70 (5-6), 2016, s. 369-389 [dostęp 2024-01-28].
  5. a b c d e Camila Gabriel Kato i inni, Inhibition of α -Amylases by Condensed and Hydrolysable Tannins: Focus on Kinetics and Hypoglycemic Actions, „Enzyme Research”, 2017, 2017, s. 1–12, DOI10.1155/2017/5724902, PMID28589038, PMCIDPMC5446891 [dostęp 2024-01-28] (ang.).
  6. a b c d e Irena Zakrzewska, Jan Prokopowicz, Alfa-amylaza i jej inhibitory, „Diagnostyka laboratoryjna”, 15 (1), 1979, s. 3-13 [dostęp 2024-01-28].
  7. a b c d e f g h i j k l m n Doroda Ksiądzyna, Leszek Paradowski, Hiperamylazemia – aspekty praktyczne, „Advances in Clinical and Experimental Medicine”, 13 (5), 2004, s. 815-824.
  8. Amylase, Alpha – Manual [online], worthington-biochem.com [dostęp 2024-01-14] (ang.).
  9. a b c Cristina Valls i inni, Characterization of the activity and stability of amylase from saliva and detergent: Laboratory practicals for studying the activity and stability of amylase from saliva and various commercial detergents, „Biochemistry and Molecular Biology Education”, 40 (4), 2012, s. 254–265, DOI10.1002/bmb.20612 [dostęp 2024-01-28] (ang.).
  10. Noto, Yuka; Sato, Tetsumi; Kudo, Mihoko; Kurata, Kiyoshi; Hirota, Kazuyoshi. The Relationship Between Salivary Biomarkers and State-Trait Anxiety Inventory Score Under Mental Arithmetic Stress: A Pilot Study. „Anesthesia & Analgesia”. 101 (6), s. 1873-1876, grudzień 2005. DOI: 10.1213/01.ANE.0000184196.60838.8D. (ang.). 
  11. U.M. Nater, N. Rohleder, Salivary alpha-amylase as a non-invasive biomarker for the sympathetic nervous system: Current state of research, „Psychoneuroendocrinology”, 34 (4), 2009, s. 486–496, DOI10.1016/j.psyneuen.2009.01.014 [dostęp 2024-01-28] (ang.).
  12. Lina Stangvaltaite-Mouhat i inni, Amylase Alpha 1 Gene (AMY1) Copy Number Variation and Dental Caries Experience: A Pilot Study among Adults in Lithuania, „Caries Research”, 55 (3), 2021, s. 174–182, DOI10.1159/000514667 [dostęp 2024-01-28] (ang.).
  13. Rubi Mauricio-Castillo i inni, Dental caries prevalence and severity positively associate with AMY1 gene copy number, „Clinical Oral Investigations”, 28 (1), 2023, DOI10.1007/s00784-023-05435-y [dostęp 2024-01-28] (ang.).
  14. a b Mieczysława Czerwionka-Szaflarska, Jerzy Brazowski, Ostre zapalenie trzustki – problem również pediatryczny, „Przegląd Gastroenterologiczny”, 3 (2), 2008, s. 112–117 [dostęp 2024-01-28].
  15. S. Paterson-Brown, Ostry brzuch i niedrożność przewodu pokarmowego, [w:] O.J. Garden i inni, Chirurgia. Podręcznik dla studentów, Edra Urban & Partner, 2009, s. 217, ISBN 978-83-7609-128-0 [dostęp 2024-01-28].
  16. a b Hamid Mukhtar, Ikram-ul-Haq, Concomitant production of two proteases and alpha-amylase by a novel strain of Bacillus subtilis in a microprocessor controlled bioreactor, „Brazilian Journal of Microbiology”, 43 (3), 2012, s. 1072–1079, DOI10.1590/S1517-838220120003000033, PMID24031930, PMCIDPMC3768893 [dostęp 2024-01-28].