α-Амилаза
| α-Амилаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер ЕС | 3.2.1.1 | ||||||||
| Номер CAS | 9000-90-2 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| ИнтЭнз | IntEnz вид | ||||||||
| БРЕНДА | запись BRENDA | ||||||||
| ExPASy | NiceZyme вид | ||||||||
| КЕГГ | запись KEGG | ||||||||
| МетаЦик | метаболический путь | ||||||||
| ПРИАМ | профиль | ||||||||
| Структуры PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
| Каталитический домен GH13 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Циклодекстринглюканотрансфераза (ec2.4.1.19) (cgtase) | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Альфа-амилаза | ||||||||
| Пфам | ПФ00128 | ||||||||
| Клан ПФАМ | CL0058 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR006047 | ||||||||
| СКОП2 | 1ppi / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| суперсемейство OPM | 117 | ||||||||
| белок ОПМ | 1wza | ||||||||
| CAZy | GH13 | ||||||||
| CDD | cd11338 | ||||||||
| |||||||||
| С-концевой бета-листовой домен альфа-амилазы | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура изофермента альфа-амилазы 1 ячменя (amy1) неактивного мутанта d180a в комплексе с мальтогептаозой | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Альфа-амил_C2 | ||||||||
| Пфам | ПФ07821 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR012850 | ||||||||
| |||||||||
| Альфа-амилаза, C-концевой домен all-beta | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 мальтотриозный комплекс предварительно обработанного мутанта циклодекстрингликозилтрансферазы | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Альфа-амилаза_C | ||||||||
| Пфам | ПФ02806 | ||||||||
| Клан ПФАМ | CL0369 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR006048 | ||||||||
| СКОП2 | 1ppi / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
α-Амилаза — это фермент ( EC 3.2.1.1; систематическое название 4-α- D -глюканглюканогидролаза ), который гидролизует α-связи крупных α-связанных полисахаридов , таких как крахмал и гликоген , образуя их более короткие цепи, декстрины и мальтозу , посредством следующего биохимического процесса: [2]
- Эндогидролиз (1→4)-α- D -глюкозидных связей в полисахаридах, содержащих три или более (1→4)-α-связанных D -глюкозных единиц
Это основная форма амилазы , обнаруженная у людей и других млекопитающих. [3] Она также присутствует в семенах, содержащих крахмал в качестве пищевого резерва, и секретируется многими грибами. Она является членом семейства гликозидгидролаз 13 .
В биологии человека
Хотя амилаза встречается во многих тканях, она наиболее заметна в панкреатическом соке и слюне , каждая из которых имеет свою собственную изоформу человеческой α-амилазы. Они ведут себя по-разному при изоэлектрическом фокусировании , а также могут быть разделены при тестировании с использованием специфических моноклональных антител . У людей все изоформы амилазы связаны с хромосомой 1p 21 (см. AMY1A ).
Слюнная амилаза (птиалин)
Амилаза содержится в слюне и расщепляет крахмал на мальтозу и декстрин . Эта форма амилазы также называется «птиалин» / ˈt aɪəlɪn / , и была названа химиком Йенсом Якобом Берцелиусом . Название происходит от греческого слова πτυω (я плюю), потому что вещество было получено из слюны. [4] Он расщепляет большие нерастворимые молекулы крахмала на растворимые крахмалы ( амилодекстрин , эритродекстрин и ахродекстрин) , производя последовательно более мелкие крахмалы и в конечном итоге мальтозу . Птиалин действует на линейные α(1,4) гликозидные связи , но для гидролиза соединений требуется фермент, который действует на разветвленные продукты. Слюнная амилаза инактивируется в желудке желудочной кислотой . В желудочном соке, отрегулированном до pH 3,3, птиалин был полностью инактивирован за 20 минут при 37 °C. Напротив, 50% активности амилазы сохранялось после 150 минут воздействия желудочного сока при pH 4,3. [5] Как крахмал, субстрат для птиалина, так и продукт (короткие цепи глюкозы) способны частично защищать его от инактивации желудочной кислотой. Птиалин, добавленный в буфер при pH 3,0, подвергался полной инактивации за 120 минут; однако добавление крахмала на уровне 0,1% приводило к тому, что оставалось 10% активности, а аналогичное добавление крахмала до уровня 1,0% приводило к тому, что оставалось около 40% активности через 120 минут. [6]
Оптимальные условия для птиалина
- Оптимальный pH – 7,0; [7] 5,6-6,9 [8]
- Температура тела человека - 37 градусов по Цельсию [8]
- Наличие определенных анионов и активаторов:
Генетическая изменчивость амилазы слюны человека
Ген слюнной амилазы подвергся дупликации в ходе эволюции, и исследования гибридизации ДНК показывают, что у многих людей есть несколько тандемных повторов гена. Количество копий гена коррелирует с уровнями слюнной амилазы, измеренными с помощью анализа белкового блота с использованием антител к человеческой амилазе. Количество копий гена связано с очевидным эволюционным воздействием диеты с высоким содержанием крахмала. [9] Например, у японца было 14 копий гена амилазы (один аллель с 10 копиями и второй аллель с четырьмя копиями). Японская диета традиционно содержала большое количество рисового крахмала. Напротив, у особи биака было шесть копий (по три копии на каждом аллеле). Биака — охотники-собиратели тропических лесов, которые традиционно потребляли пищу с низким содержанием крахмала. Перри и коллеги предположили, что увеличенное количество копий гена слюнной амилазы могло повысить выживаемость, совпавшую с переходом на крахмалистую диету в ходе эволюции человека.
Панкреатическая амилаза
Панкреатическая α-амилаза случайным образом расщепляет α(1-4) гликозидные связи амилозы , образуя декстрин , мальтозу или мальтотриозу . Она использует механизм двойного замещения с сохранением аномерной конфигурации . У людей слюнная амилаза произошла от ее копии. [9]
В патологии
Тест на амилазу выполнить легче, чем тест на липазу , что делает его основным тестом, используемым для выявления и мониторинга панкреатита . Медицинские лаборатории обычно измеряют либо панкреатическую амилазу, либо общую амилазу. Если измеряется только панкреатическая амилаза, увеличение не будет отмечено при свинке или другой травме слюнных желез.
Однако из-за небольшого количества присутствующего время имеет решающее значение при заборе крови для этого измерения. Кровь следует брать вскоре после приступа панкреатитной боли, в противном случае она быстро выводится почками .
Слюнная α-амилаза использовалась в качестве биомаркера стресса [10] [ 11] и в качестве суррогатного маркера активности симпатической нервной системы (СНС) [12], для определения которого не требуется забор крови.
Интерпретация
Повышенные уровни в плазме у людей обнаруживаются при:
- Травма слюнных желез (включая анестезиологическую интубацию )
- Свинка – из-за воспаления слюнных желез.
- Панкреатит – из-за повреждения клеток, вырабатывающих амилазу.
- Почечная недостаточность – из-за снижения экскреции
Общие показатели амилазы, превышающие верхнюю границу нормы (ВГН) более чем в 10 раз, указывают на панкреатит. Показатель в 5–10 раз выше ВГН может указывать на непроходимость кишечника или заболевание двенадцатиперстной кишки или почечную недостаточность, а более низкие показатели обычно наблюдаются при заболевании слюнных желез.
Гены
В зерне
Активность α-амилазы в зерне измеряется, например, с помощью числа падения Хагберга-Пертена , теста для оценки повреждений проростков, [13] или метода Фадебаса . Это происходит в пшенице . [14]
Промышленное использование
α-Амилаза используется в производстве этанола для расщепления крахмала в зернах на сбраживаемые сахара.
Первым этапом производства кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы является обработка кукурузного крахмала α-амилазой, которая расщепляет длинные полимеры крахмала на более короткие цепи олигосахаридов .
α-амилаза, называемая «Термамил», полученная из Bacillus licheniformis , также используется в некоторых моющих средствах, особенно в средствах для мытья посуды и средствах для удаления крахмала. [15]
Подробнее об использовании семейства амилаз в целом см . в разделе «Амилаза» .
Потенциал медицинского использования
α-Амилаза продемонстрировала эффективность в разрушении полимикробных бактериальных биопленок путем гидролиза α(1→4) гликозидных связей в структурных матричных экзополисахаридах внеклеточного полимерного вещества (EPS). [16] [17]
Заболевания и значимость для здоровья
- Диабет : ингибиторы α-глюкозидазы и альфа-амилазы обнаружены в нескольких сырых растениях/травах, таких как корица [18] и бактериях, содержащих акарбозу [19] . Они используются в качестве противодиабетических препаратов. Прием одной дозы перед едой, содержащей сложные углеводы, явно подавляет скачок глюкозы и может снизить постпрандиальную гипергликемию (выше 140 мг/дл; >7,8 ммоль/л) у пациентов с диабетом II типа. [18]
Буферное ингибирование
Сообщается, что молекула трис ингибирует ряд бактериальных α-амилаз [20] [21], поэтому ее не следует использовать в трис-буфере.
Определение
Существует несколько методов определения активности α-амилазы, и разные отрасли промышленности склонны полагаться на разные методы. Тест на йод крахмала, развитие теста на йод , основан на изменении цвета, поскольку α-амилаза расщепляет крахмал, и обычно используется во многих приложениях. Похожий, но производимый промышленным способом тест — это тест на амилазу Фадебаса , который используется в качестве качественного и количественного теста во многих отраслях промышленности, таких как производство моющих средств, различных мучных, зерновых и солодовых продуктов, а также в судебной биологии.
Описано модифицированное колориметрическое микроопределение амилазы, в котором переваривание крахмала измеряется по снижению окраски крахмал-йод. [22]
Архитектура домена
α-Амилазы содержат ряд отдельных белковых доменов. Каталитический домен имеет структуру , состоящую из восьмицепочечной α/β-бочонка, которая содержит активный сайт, прерываемый ~70- аминокислотным кальций-связывающим доменом, выступающим между β-цепью 3 и α-спиралью 3, и карбоксильно-концевым греческим ключевым β-бочкой домена. [23] Несколько α-амилаз содержат домен β-листа, обычно на С-конце. Этот домен организован как пятицепочечный антипараллельный β-лист. [24] [25] Несколько α-амилаз содержат полностью β-домен, обычно на С-конце. [26]
Смотрите также
Ссылки
- ^ Ramasubbu N, Paloth V, Luo Y, Brayer GD, Levine MJ (май 1996). «Структура человеческой слюнной α-амилазы при разрешении 1,6 Å: значение для ее роли в полости рта». Acta Crystallographica D . 52 (Pt 3): 435–46 . doi : 10.1107/S0907444995014119 . PMID 15299664.
- ^ Кирульф П. «Амилаза». Магазин Медицинский Лексикон . Магазин Норске Лексикон . Проверено 24 января 2021 г.
- ^ Voet D, Voet JG (2005). Биохимия (2-е изд.). Брюссель: Де Бек. п. 1583.
- ^ Дж. Берцелиус (г-жа Эсслингер, пер.), Traité de Chimie (Париж, Франция: Firmin Didot Frès, 1833), том. 7, стр. 156.
- ^ Фрид М., Абрамсон С., Мейер Дж. Х. (октябрь 1987 г.). «Прохождение слюнной амилазы через желудок у людей». Пищеварительные заболевания и науки . 32 (10): 1097– 103. doi :10.1007/bf01300195. PMID 3652896. S2CID 24845837.
- ^ Rosenblum JL, Irwin CL, Alpers DH (май 1988). «Олигосахариды крахмала и глюкозы защищают активность амилазы слюнного типа при кислом pH». The American Journal of Physiology . 254 (5 Pt 1): G775–80. doi :10.1152/ajpgi.1988.254.5.G775. PMID 2452576.
- ^ "Амилаза, альфа – Руководство по ферментам Уортингтона". worthington-biochem.com . Архивировано из оригинала 14 октября 2016 г.
- ^ ab Вальс, Кристина; Рохас, Кристина; Пухадас, Жерар; Гарсия-Вальве, Санти; Мулеро, Микель (июль 2012 г.). «Характеристика активности и стабильности амилазы из слюны и моющих средств: лабораторные занятия по изучению активности и стабильности амилазы из слюны и различных коммерческих моющих средств». Биохимия и образование в области молекулярной биологии . 40 (4): 254– 265. doi : 10.1002/bmb.20612 . PMID 22807429. S2CID 36680999.
- ^ ab Perry GH, Dominy NJ, Claw KG, Lee AS, Fiegler H, Redon R, Werner J, Villanea FA, Mountain JL, Misra R, Carter NP, Lee C, Stone AC (октябрь 2007 г.). «Диета и эволюция вариации числа копий гена амилазы человека». Nature Genetics . 39 (10): 1256– 60. doi :10.1038/ng2123. PMC 2377015 . PMID 17828263.
- ^ Noto Y, Sato T, Kudo M, Kurata K, Hirota K (декабрь 2005 г.). «Связь между биомаркерами слюны и оценкой инвентаризации тревожности состояний и черт при стрессе, связанном с умственным арифметическим счетом: пилотное исследование». Анестезия и анальгезия . 101 (6): 1873– 6. doi : 10.1213/01.ANE.0000184196.60838.8D . PMID 16301277. S2CID 22252878.
- ^ Granger DA, Kivlighan KT, el-Sheikh M, Gordis EB, Stroud LR (март 2007 г.). «Слюнная α-амилаза в биоповеденческих исследованиях: последние разработки и приложения». Annals of the New York Academy of Sciences . 1098 (1): 122– 44. Bibcode : 2007NYASA1098..122G. doi : 10.1196/annals.1384.008. PMID 17332070. S2CID 222075003.
- ^ Nater UM, Rohleder N (май 2009). «Слюнная α-амилаза как неинвазивный биомаркер симпатической нервной системы: текущее состояние исследований». Психонейроэндокринология . 34 (4): 486–96 . doi :10.1016/j.psyneuen.2009.01.014. PMID 19249160. S2CID 7564969.
- ^ "Falling Number – Introduction". Perten Instruments. 2005. Архивировано из оригинала 9 сентября 2009 года . Получено 21 ноября 2009 года .
- ^ Gatehouse AM, Davison GM, Newell CA, Merryweather A, Hamilton WD, Burgess EP, Gilbert RJ, Gatehouse JA (1997). «Трансгенные растения картофеля с повышенной устойчивостью к томатной моли Lacanobia oleracea : испытания в комнатных условиях». Молекулярная селекция . 3 (1). Springer Science+Business : 49– 63. doi :10.1023/a:1009600321838. ISSN 1380-3743. S2CID 23765916.
- ^ "Использование ферментов в моющих средствах". Факультет инженерии, науки и антропогенной среды, Лондонский университет Саут-Бэнк. 20 декабря 2004 г. Архивировано из оригинала 20 октября 2009 г. Получено 21 ноября 2009 г.
- ^ Флеминг Д., Рамбо КП (апрель 2017 г.). «Подходы к рассеиванию медицинских биопленок». Микроорганизмы . 5 ( 2): 15. doi : 10.3390/microorganisms5020015 . PMC 5488086. PMID 28368320.
- ^ Флеминг Д., Шахин Л., Рамбо К. (февраль 2017 г.). «Гликозидгидролазы разрушают полимикробные бактериальные биопленки в ранах». Антимикробные агенты и химиотерапия . 61 (2): AAC.01998–16. doi :10.1128/AAC.01998-16. PMC 5278739. PMID 27872074 .
- ^ ab Moreira, Fernanda Duarte; Reis, Caio Eduardo Gonçalves; Gallassi, Andrea Donatti; Moreira, Daniel Carneiro; Welker, Alexis Fonseca (9 октября 2024 г.). Dardari, Dured (ред.). «Подавление постпрандиальной гипергликемии у пациентов с диабетом 2 типа сырым лекарственным травяным порошком ослабевает при употреблении в обычных твердых желатиновых капсулах: рандомизированное перекрестное клиническое исследование». PLOS ONE . 19 (10): e0311501. doi : 10.1371/journal.pone.0311501 . ISSN 1932-6203. PMC 11463819 . PMID 39383145.
- ^ Хейворд, Николас Дж.; Макдугалл, Гордон Дж.; Фараг, Сара; Оллвуд, Дж. Уильям; Остин, Сери; Кэмпбелл, Фиона; Хорган, Грэм; Ранавана, Вирен (декабрь 2019 г.). «Корица проявляет антидиабетические свойства, которые являются видоспецифичными: влияние на ингибирование активности ферментов и переваривание крахмала». Растительные продукты для питания человека . 74 (4): 544– 552. doi :10.1007/s11130-019-00760-8. ISSN 0921-9668. PMC 6900266. PMID 31372918 .
- ^ Ghalanbor Z, Ghaemi N, Marashi SA, Amanlou M, Habibi-Rezaei M, Khajeh K, Ranjbar B (2008). «Связывание Tris с альфа-амилазой Bacillus licheniformis может повлиять на ее активность гидролиза крахмала». Protein and Peptide Letters . 15 (2): 212– 4. doi :10.2174/092986608783489616. PMID 18289113.
- ^ Aghajari N, Feller G, Gerday C, Haser R (март 1998). «Кристаллические структуры психрофильной α-амилазы из Alteromonas haloplanctis в ее нативной форме и в комплексе с ингибитором». Protein Science . 7 (3): 564– 72. doi :10.1002/pro.5560070304. PMC 2143949 . PMID 9541387.
- ^ Pimstone, Neville R. (1964). «Исследование комплекса крахмала и йода: модифицированное колориметрическое микроопределение амилазы в биологических жидкостях». Клиническая химия . 10 (10). Американская ассоциация клинической химии : 891–906 . doi : 10.1093/clinchem/10.10.891 . Архивировано из оригинала 14 мая 2022 г.
- ^ Abe A, Yoshida H, Tonozuka T, Sakano Y, Kamitori S (декабрь 2005 г.). «Комплексы альфа-амилазы 1 Thermoactinomyces vulgaris R-47 и модельных олигосахаридов пуллулана дают новое представление о механизме распознавания субстратов с α-(1,6) гликозидными связями». The FEBS Journal . 272 (23): 6145– 53. doi : 10.1111/j.1742-4658.2005.05013.x . PMID 16302977. S2CID 41008169.
- ^ Кадзиола А., Сёгаард М., Свенссон Б., Хасер Р. (апрель 1998 г.). «Молекулярная структура комплекса ингибитора альфа-амилазы ячменя: влияние на связывание крахмала и катализ». Журнал молекулярной биологии . 278 (1): 205–17 . doi :10.1006/jmbi.1998.1683. PMID 9571044.
- ^ Кадзиола А., Абе Дж., Свенссон Б., Хасер Р. (май 1994 г.). «Кристаллическая и молекулярная структура α-амилазы ячменя». Журнал молекулярной биологии . 239 (1): 104–21 . doi :10.1006/jmbi.1994.1354. PMID 8196040.
- ^ Machius M, Wiegand G, Huber R (март 1995). «Кристаллическая структура α-амилазы Bacillus licheniformis с обедненным кальцием при разрешении 2,2 Å». Журнал молекулярной биологии . 246 (4): 545–59 . doi :10.1006/jmbi.1994.0106. PMID 7877175.
Внешние ссылки
- Белок альфа-амилазы
- Альфа-амилаза в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
