amilasi - Amylase

alfa-amilasi
Alfa-amilasi salivare 1SMD.png
Amilasi salivare umana: ione calcio visibile in kaki pallido, ione cloruro in verde. PDB 1SMD
Identificatori
CE n. 3.2.1.1
CAS n. 9000-90-2
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KEGG Ingresso KEGG
MetaCyc passaggio metabolico
PRIAM profilo
Strutture PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontologia genica AmiGO / QuickGO
beta-amilasi
2xfr b amilasi.png
Struttura della beta-amilasi dell'orzo . PDB 2xfr
Identificatori
CE n. 3.2.1.2
CAS n. 9000-91-3
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MetaCyc passaggio metabolico
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Strutture PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontologia genica AmiGO / QuickGO
Gamma-amilasi. Glucano 1,4-alfa-glucosidasi
Identificatori
CE n. 3.2.1.3
CAS n. 9032-08-0
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Strutture PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontologia genica AmiGO / QuickGO

Un amilasi ( / æ m ɪ l z / ) è un enzima che catalizza l' idrolisi di amido (latino amylum ) in zuccheri . L'amilasi è presente nella saliva dell'uomo e di alcuni altri mammiferi, dove inizia il processo chimico della digestione . Gli alimenti che contengono grandi quantità di amido ma poco zucchero, come riso e patate , possono acquisire un sapore leggermente dolce quando vengono masticati perché l'amilasi degrada parte del loro amido in zucchero. Il pancreas e la ghiandola salivare producono amilasi ( alfa amilasi ) per idrolizzare l'amido alimentare in disaccaridi e trisaccaridi che vengono convertiti da altri enzimi in glucosio per fornire energia all'organismo. Anche le piante e alcuni batteri producono amilasi. Le proteine specifiche dell'amilasi sono designate da diverse lettere greche. Tutte le amilasi sono glicoside idrolasi e agiscono sui legami α-1,4- glicosidici .

Classificazione

α-amilasi -amilasi -amilasi
Fonte Animali, piante, microbi Piante, microbi Animali, microbi
Fazzoletto di carta Saliva, pancreas Semi, frutti Intestino tenue
Sito di scollatura Legame glicosidico α-1,4 casuale Secondo legame glicosidico α-1,4 Ultimo legame glicosidico α-1,4
Prodotti di reazione Maltosio , destrina , ecc Maltosio Glucosio
pH ottimale 5.6–5.8 5.4–5.5 4.0–4.5
Temperatura ottimale nella produzione della birra 68–74 °C (154–165 °F) 58–65 °C (136–149 °F) 63–68 °C (145–155 °F)

α-amilasi

Le α-amilasi ( EC 3.2.1.1 ) ( CAS 9014-71-5) (nomi alternativi: 1,4-α- D- glucano glucanoidrolasi; glicogenasi) sono metalloenzimi del calcio . Agendo in posizioni casuali lungo le pause catena di amido, a-amilasi scorrimento a catena lunga saccaridi , infine cedevole sia maltotriosio e maltosio da amilosio , o maltosio, glucosio e "destrine limite" da amilopectina . Appartengono alla famiglia dei glicosidi idrolasi 13 .

Poiché può agire ovunque sul substrato , l'α-amilasi tende ad agire più rapidamente della -amilasi. Negli animali è un importante enzima digestivo e il suo pH ottimale è 6,7-7,0.

Nella fisiologia umana, sia l'amilasi salivare che quella pancreatica sono α-amilasi.

La forma α-amilasi si trova anche in piante, funghi ( ascomiceti e basidiomiceti ) e batteri ( Bacillus ).

-amilasi

Un'altra forma di amilasi, la β-amilasi ( EC 3.2.1.2 ) (nomi alternativi: 1,4-α- D- glucano maltoidrolasi; glicogenasi; saccarogeno amilasi) è anch'essa sintetizzata da batteri , funghi e piante . Lavorando dall'estremità non riducente, la -amilasi catalizza l'idrolisi del secondo legame glicosidico α-1,4, scindendo due unità di glucosio ( maltosio ) alla volta. Durante la maturazione della frutta , la -amilasi rompe l'amido in maltosio, determinando il sapore dolce della frutta matura. Appartengono alla famiglia dei glicosidi idrolasi 14 .

Sia l'α-amilasi che la -amilasi sono presenti nei semi; La -amilasi è presente in forma inattiva prima della germinazione , mentre l'α-amilasi e le proteasi compaiono una volta iniziata la germinazione. Molti microbi producono anche amilasi per degradare gli amidi extracellulari. I tessuti animali non contengono -amilasi, sebbene possa essere presente nei microrganismi contenuti nel tratto digestivo . Il pH ottimale per la -amilasi è 4.0–5.0

-amilasi

-amilasi ( EC 3.2.1.3 ) (nomi alternativi: glucano 1,4-a-glucosidasi ; amiloglucosidasi; exo -1,4-α-glucosidasi; glucoamilasi; α-glucosidasi lisosomiale; 1,4-α- D -glucano glucoidrolasi) scinderà i legami glicosidici α(1–6), così come l'ultimo legame glicosidico α-1,4 all'estremità non riducente dell'amilosio e dell'amilopectina , producendo glucosio . La -amilasi ha il pH ottimale più acido di tutte le amilasi perché è più attiva intorno al pH 3. Appartengono a una varietà di diverse famiglie di GH, come la famiglia di glicoside idrolasi 15 nei funghi, la famiglia di glicoside idrolasi 31 di MGAM umano e glicoside famiglia delle idrolasi 97 delle forme batteriche.

Usi

Fermentazione

α- e -amilasi sono importanti nella produzione di birra e liquori a base di zuccheri derivati dall'amido . Durante la fermentazione , il lievito ingerisce gli zuccheri ed espelle l' etanolo . Nella birra e in alcuni liquori, gli zuccheri presenti all'inizio della fermentazione sono stati prodotti "schiacciando" i cereali o altre fonti di amido (come le patate ). Nella produzione tradizionale della birra, l'orzo maltato viene mescolato con acqua calda per creare un " mash ", che viene mantenuto ad una data temperatura per consentire alle amilasi del chicco maltato di convertire l'amido dell'orzo in zuccheri. Temperature diverse ottimizzano l'attività dell'alfa o della beta amilasi, dando luogo a diverse miscele di zuccheri fermentescibili e non fermentabili. Nella selezione della temperatura del mosto e del rapporto tra grani e acqua, un birraio può modificare il contenuto alcolico, la sensazione in bocca , l'aroma e il sapore della birra finita.

In alcuni metodi storici di produzione di bevande alcoliche, la conversione dell'amido in zucchero inizia con il birraio che mastica il grano per mescolarlo con la saliva. Questa pratica continua ad essere praticata nella produzione casalinga di alcune bevande tradizionali, come chhaang in Himalaya, chicha nelle Ande e kasiri in Brasile e Suriname .

Additivo per farina

Le amilasi sono utilizzate nella panificazione e per scomporre gli zuccheri complessi, come l'amido (presente nella farina ), in zuccheri semplici. Il lievito si nutre quindi di questi zuccheri semplici e li converte nei prodotti di scarto dell'etanolo e dell'anidride carbonica . Questo conferisce sapore e fa lievitare il pane. Mentre le amilasi si trovano naturalmente nelle cellule di lievito, ci vuole tempo perché il lievito produca abbastanza di questi enzimi per abbattere quantità significative di amido nel pane. Questo è il motivo per gli impasti a lunga fermentazione come la pasta madre . Le moderne tecniche di panificazione hanno incluso le amilasi (spesso sotto forma di malto d'orzo ) nel miglioratore del pane , rendendo così il processo più veloce e più pratico per l'uso commerciale.

L'α-amilasi è spesso elencata come ingrediente nella farina macinata commercialmente confezionata. I panettieri con una lunga esposizione alla farina arricchita di amilasi sono a rischio di sviluppare dermatiti o asma .

Biologia molecolare

In biologia molecolare , la presenza di amilasi può servire come metodo aggiuntivo di selezione per l'integrazione di successo di un costrutto reporter oltre alla resistenza agli antibiotici . Poiché i geni reporter sono affiancati da regioni omologhe del gene strutturale per l'amilasi, un'integrazione riuscita interromperà il gene dell'amilasi e preverrà la degradazione dell'amido, che è facilmente rilevabile attraverso la colorazione con iodio .

Usi medici

L'amilasi ha anche applicazioni mediche nell'uso della terapia sostitutiva con enzimi pancreatici (PERT). È uno dei componenti di Sollpura ( liprotamasi ) per aiutare nella scomposizione dei saccaridi in zuccheri semplici.

Altri usi

Un inibitore dell'alfa-amilasi, chiamato faseolamina , è stato testato come potenziale aiuto dietetico .

Se utilizzata come additivo alimentare , l'amilasi ha il numero E E1100 e può essere derivata dal pancreas di maiale o dai funghi della muffa .

L'amilasi bacillare viene anche utilizzata nei detersivi per indumenti e lavastoviglie per sciogliere gli amidi da tessuti e stoviglie.

Gli operai che lavorano con l'amilasi per uno qualsiasi degli usi di cui sopra sono a maggior rischio di asma professionale . Dal 5 al 9% dei panettieri ha un test cutaneo positivo e da un quarto a un terzo dei panettieri con problemi respiratori è ipersensibile all'amilasi.

Iperamilasemia

L' amilasi sierica del sangue può essere misurata ai fini della diagnosi medica . Una concentrazione superiore al normale può riflettere una qualsiasi delle diverse condizioni mediche, tra cui infiammazione acuta del pancreas (può essere misurata in concomitanza con la lipasi più specifica ), ulcera peptica perforata , torsione di una cisti ovarica , strangolamento , ileo , ischemia mesenterica , macroamilasemia e parotite . L'amilasi può essere misurata in altri fluidi corporei, inclusi urina e liquido peritoneale .

Uno studio del gennaio 2007 della Washington University di St. Louis suggerisce che i test sulla saliva dell'enzima potrebbero essere utilizzati per indicare i deficit di sonno , poiché l'enzima aumenta la sua attività in correlazione con il periodo di tempo in cui un soggetto è stato privato del sonno.

Storia

Nel 1831, Erhard Friedrich Leuchs (1800-1837) descrisse l' idrolisi dell'amido da parte della saliva, dovuta alla presenza di un enzima nella saliva, " ptyalin ", un'amilasi. prende il nome dal nome greco antico della saliva: πτύαλον - ptyalon.

La storia moderna degli enzimi inizia nel 1833, quando i chimici francesi Anselme Payen e Jean-François Persoz isolarono un complesso di amilasi dall'orzo in germinazione e lo chiamarono " diastasi ". È da questo termine che tutti i successivi nomi di enzimi tendono a terminare con il suffisso -asi.

Nel 1862, Alexander Jakulowitsch Danilewsky (1838-1923) separò l'amilasi pancreatica dalla tripsina .

Evoluzione

Amilasi salivare

I saccaridi sono una fonte alimentare ricca di energia. Grandi polimeri come l'amido vengono parzialmente idrolizzati in bocca dall'enzima amilasi prima di essere ulteriormente scissi in zuccheri. Molti mammiferi hanno visto grandi espansioni nel numero di copie del gene dell'amilasi. Queste duplicazioni consentono all'amilasi pancreatica AMY2 di indirizzarsi nuovamente alle ghiandole salivari, consentendo agli animali di rilevare l'amido in base al gusto e di digerire l'amido in modo più efficiente e in quantità maggiori. Ciò è accaduto indipendentemente nei topi, nei ratti, nei cani, nei maiali e, soprattutto, negli esseri umani dopo la rivoluzione agricola.

In seguito alla rivoluzione agricola di 12.000 anni fa, la dieta umana iniziò a spostarsi più verso l' addomesticamento di piante e animali al posto della caccia e della raccolta . L'amido è diventato un alimento base della dieta umana.

Nonostante gli ovvi benefici, i primi esseri umani non possedevano l'amilasi salivare, una tendenza che si riscontra anche nei parenti evolutivi dell'umano, come gli scimpanzé e i bonobo , che possiedono una o nessuna copia del gene responsabile della produzione dell'amilasi salivare.

Come in altri mammiferi, l'alfa-amilasi pancreatica AMY2 è stata duplicata più volte. Un evento gli ha permesso di evolvere la specificità salivare, portando alla produzione di amilasi nella saliva (chiamata nell'uomo come AMY1 ). La regione 1p21.1 del cromosoma umano 1 contiene molte copie di questi geni, denominati variamente AMY1A , AMY1B , AMY1C , AMY2A , AMY2B e così via.

Tuttavia, non tutti gli esseri umani possiedono lo stesso numero di copie del gene AMY1 . Le popolazioni note per fare più affidamento sui saccaridi hanno un numero maggiore di copie di AMY1 rispetto alle popolazioni umane che, in confronto, consumano poco amido. Il numero di copie del gene AMY1 negli esseri umani può variare da sei copie in gruppi agricoli come europei-americani e giapponesi (due popolazioni ad alto contenuto di amido) a solo due o tre copie in società di cacciatori-raccoglitori come Biaka , Datog e Yakuts .

La correlazione che esiste tra il consumo di amido e il numero di copie di AMY1 specifiche per la popolazione suggerisce che più copie di AMY1 in popolazioni ad alto contenuto di amido sono state selezionate per selezione naturale e considerate il fenotipo favorevole per quegli individui. Pertanto, è molto probabile che il beneficio di un individuo che possiede più copie di AMY1 in una popolazione ad alto contenuto di amido aumenti la forma fisica e produca una prole più sana e più in forma.

Questo fatto è particolarmente evidente quando si confrontano popolazioni geograficamente vicine con diverse abitudini alimentari che possiedono un diverso numero di copie del gene AMY1 . È il caso di alcune popolazioni asiatiche che hanno dimostrato di possedere poche copie di AMY1 rispetto ad alcune popolazioni agricole in Asia. Ciò offre una forte evidenza che la selezione naturale ha agito su questo gene rispetto alla possibilità che il gene si sia diffuso attraverso la deriva genetica.

Le variazioni del numero di copie dell'amilasi nei cani rispecchiano quelle delle popolazioni umane, suggerendo che acquisissero le copie extra mentre seguivano gli umani in giro. A differenza degli esseri umani i cui livelli di amilasi dipendono dal contenuto di amido nella dieta, gli animali selvatici che mangiano una vasta gamma di alimenti tendono ad avere più copie di amilasi. Questo potrebbe avere a che fare principalmente con il rilevamento dell'amido rispetto alla digestione.

Riferimenti