Amylazy — definicja, działanie i rodzaje (alfa i gamma)
Amylazy — czym są, jak działają i różnice między alfa- a gamma-amylazą. Poznaj ich rolę w trawieniu, optymalne pH oraz występowanie w ślinie, trzustce i żołądku.
Amylaza jest enzymem, który rozkłada skrobię na cukry, które organizm może wykorzystać.
Dokładniej mówiąc, jest to rodzina podobnych enzymów, które działają w szerokim zakresie zwierząt, roślin i grzybów. U ludzi występują dwa warianty: alfa-amylaza i gamma-amylaza.
Alfa-amylaza jest jednym z głównych enzymów trawiennych. Jej optymalne pH wynosi 6,7-7,0. Występuje w ślinie i soku trzustkowym. Pobiera łańcuchy skrobiowe i rozbija je na mniejsze kawałki z dwoma lub trzema jednostkami glukozy. Może rozkładać skrobię na maltozę. Działa w jamie ustnej i żołądku podczas trawienia.
Gamma-amylaza ma najbardziej kwaśne optimum pH ze wszystkich amylaz, ponieważ jest najbardziej aktywna w okolicach pH 3. Dlatego najlepiej działa w żołądku, który ma kwaśne pH.
Czym są amylazy i jak działają?
Amylazy to enzymy hydrolityczne rozszczepiające wiązania α-1,4 (i w pewnych przypadkach α-1,6) w polisacharydach takich jak skrobia i glikogen. W zależności od mechanizmu działania dzieli się je na:
- enzymy endo‑działające (np. alfa‑amylaza) — tną wewnętrzne wiązania łańcucha, tworząc oligosacharydy (maltotriozę, maltozę, tzw. „limit dextryny”),
- enzymy exo‑działające (np. glukoamylaza, często określana jako gamma‑amylaza) — usuwają kolejne reszty cukrowe od końca łańcucha, uwalniając głównie glukozę.
Alfa‑amylaza — źródła i rola u ludzi
- Źródła: u ludzi główne postacie to ślinowa alfa‑amylaza (produkt gruczołów ślinowych, gen AMY1) oraz trzustkowa alfa‑amylaza (produkt trzustki, gen AMY2).
- Miejsce działania: trawienie skrobi zaczyna się w jamie ustnej (ślinowa alfa‑amylaza) i kontynuuje w jelicie cienkim po aktywacji trzustkowego enzymu; ślinowa amylaza może działać krótkotrwale w żołądku, dopóki kwaśne pH jej nie inaktywuje.
- Mechanizm i produkty: działa jako endo‑enzym — tworzy maltozę, maltotriozę i krótkie oligosacharydy; dalsze rozkłady do glukozy dokonywane są przez enzymy na powierzchni jelita (maltaza, izomaltaza).
- Czynniki wpływające: alfa‑amylazy wymagają jonów wapnia (Ca2+) dla stabilności; aktywność ślinowej amylazy jest stymulowana przez chlorki.
Gamma‑amylaza (glukoamylaza) — cechy i występowanie
Termin „gamma‑amylaza” bywa używany dla amylaz o kwaśnym optimum pH, które działają egzolitycznie, uwalniając głównie glukozę. Często jest ona nazywana także glukoamylazą lub amyloglukozidazą (EC 3.2.1.3). Jej charakterystyka:
- Optimum pH: zwykle około pH 3 — dlatego enzym ten jest aktywny w kwaśnych środowiskach.
- Występowanie: powszechny w grzybach, drożdżach i bakteriach oraz wykorzystywany przemysłowo (np. w produkcji syropów glukozowych). U ludzi nie pełni tak centralnej roli jak alfa‑amylaza — głównym enzymem trawiącym skrobię u człowieka pozostaje alfa‑amylaza.
- Działanie: potrafi rozkładać wiązania α‑1,4 oraz w wielu przypadkach α‑1,6 od końca łańcucha, stopniowo uwalniając reszty glukozowe.
Znaczenie biologiczne i kliniczne
- Trawienie węglowodanów: amylazy inicjują rozkład polisacharydów do cukrów prostych, które mogą być wchłaniane jako źródło energii.
- Diagnostyka medyczna: podwyższony poziom enzymu (głównie amylazy we krwi) może sygnalizować ostre zapalenie trzustki lub inne schorzenia (np. urazy, zapalenie ślinianek). Istnieją testy rozróżniające izoenzymy ślinowe i trzustkowe.
- Leki i dieta: inhibitory alfa‑amylazy (np. akarboza) są używane w terapii cukrzycy typu 2 do spowolnienia wchłaniania węglowodanów. Również liczba kopii genu AMY1 koreluje z poziomem ślinowej amylazy i może być związana z adaptacją do diety bogatej w skrobię.
Zastosowania przemysłowe
Amylazy mają szerokie zastosowanie poza organizmami żywymi:
- przemysł spożywczy — produkcja syropów glukozowych, maltodekstryn, piekarnictwo (ulepszanie ciasta), browarnictwo (konwersja skrobi do cukrów fermentowalnych),
- przemysł detergentowy — dodatek enzymów do proszków piorących w celu rozpuszczania plam skrobiowych,
- biotechnologia i laboratoria — analizy enzymatyczne, ocena stopnia rozkładu skrobi, produkcja bioetanolu.
Podsumowanie
Amylazy to grupa enzymów kluczowych w rozkładzie skrobi i glikogenu. Alfa‑amylaza (endoenzym) jest głównym enzymem trawiennym u ludzi, działając w ślinie i soku trzustkowym, natomiast gamma‑/glukoamylaza (egzoenzym) ma kwaśne optimum pH i jest ważna zwłaszcza w organizmach mikrobiologicznych oraz w zastosowaniach przemysłowych, gdzie potrzebna jest całkowita konwersja polisacharydów do glukozy. W medycynie pomiary aktywności amylaz są użyteczne w diagnostyce chorób trzustki i gruczołów ślinowych.
Ewolucja człowieka
Najwyraźniej pierwsi ludzie nie posiadali amylazy ślinowej. Najbliżsi ewolucyjnie krewni człowieka, szympansy i bonobo, posiadają jedną kopię genu odpowiedzialnego za produkcję amylazy ślinowej lub nie posiadają go wcale. Zdarzenie duplikacji genu AMY1 doprowadziło do produkcji amylazy w ślinie. To samo zdarzenie wystąpiło niezależnie u gryzoni. Świadczy to o znaczeniu amylazy ślinowej u organizmów spożywających stosunkowo duże ilości skrobi.
Węglowodany są źródłem pożywienia bogatym w energię. Po rewolucji rolniczej, dieta człowieka zaczęła w większym stopniu opierać się na udomowieniu roślin i zwierząt, zamiast na polowaniu i zbieractwie. Ta zmiana wyznaczyła początek diety składającej się w 49% z węglowodanów, w przeciwieństwie do wcześniejszych 35% obserwowanych u ludzi paleolitycznych. Jako taka, skrobia stała się podstawą ludzkiej diety. Ludzie, u których w ślinie znajdowała się amylaza, odnosili korzyści ze zwiększonej zdolności do trawienia skrobi w sposób bardziej wydajny i w większych ilościach.
Nie wszyscy ludzie mają taką samą liczbę kopii genu AMY1. Populacje, które opierają się na węglowodanach mają większą liczbę kopii AMY1 niż populacje, które jedzą mało skrobi. Liczba kopii genu AMY1 u ludzi może wahać się od sześciu kopii w grupach rolniczych, takich jak europejsko-amerykańska i japońska (dwie populacje o wysokiej zawartości skrobi) do zaledwie 2-3 kopii w społeczeństwach łowiecko-zbierackich, takich jak Biaka, Datog i Jakuci.
Korelacja pomiędzy spożyciem skrobi a liczbą kopii AMY1 sugeruje, że większa liczba kopii AMY1 w populacjach o wysokiej zawartości skrobi jest spowodowana selekcją naturalną. Jest to fenotyp korzystny dla tych osobników. Dlatego też jest prawdopodobne, że posiadanie większej liczby kopii AMY1 w populacji o wysokiej zawartości skrobi zwiększa kondycję i produkuje zdrowsze, sprawniejsze potomstwo. Geograficznie bliskie populacje o różnych nawykach żywieniowych posiadają różną liczbę kopii genu AMY1. Stanowi to mocny dowód na to, że dobór naturalny oddziałuje na ten gen.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest amylaza?
A: Amylaza to enzym, który rozkłada skrobię na cukry, które organizm może wykorzystać.
P: Jaką funkcję pełni alfa-amylaza?
O: Alfa-amylaza jest głównym enzymem trawiennym, który rozbija łańcuchy skrobiowe na mniejsze części zawierające dwie do trzech jednostek glukozy.
P: Gdzie w organizmie znajduje się alfa-amylaza?
O: Alfa-amylaza znajduje się w ślinie i soku trzustkowym, działa w jamie ustnej i żołądku podczas trawienia.
P: Jaki jest optymalny zakres pH dla alfa-amylazy?
O: Optymalny zakres pH dla alfa-amylazy to 6,7-7,0.
P: Na jakie cukry alfa-amylaza może rozłożyć skrobię?
O: Alfa-amylaza może rozłożyć skrobię na maltozę.
Q: Co to jest gamma-amylaza?
O: Gamma-amylaza to inna odmiana amylazy, która ma najbardziej kwaśne optimum pH spośród wszystkich amylaz.
P: Gdzie w organizmie gamma-amylaza działa najlepiej?
O: Gamma-amylaza działa najlepiej w żołądku, który ma kwaśne pH.
Przeszukaj encyklopedię