Кіріспе
Энзимдер класы. Амилаза (/æ//m//ᵻ//l//eɪ//s/) – крахмалдың (лат. amylum) қантқа гидролизін катализдейтін фермент. Амилаза адам және кейбір басқа сүтқоректілердің сілекейінде кездеседі, онда ол химиялық ас қорыту процесін бастайды. Көп мөлшерде крахмал, бірақ аз мөлшерде қант бар тағамдар, мысалы, күріш және картоп, шайнау кезінде сәл тәтті таң қалдыруы мүмкін, себебі амилаза олардың бір бөлігін крахмалдан қантқа айналдырады. Қарынша безі мен сілекей безі диеталық крахмалды дисахаридтер мен трисахаридтерге гидролиздеу үшін амилаза (альфа-амилаза) шығарады, олар басқа ферменттер арқылы глюкозаға айналып, организмді энергиямен қамтамасыз етеді. Өсімдіктер мен кейбір бактериялар да амилаза өндіреді. Нақты амилаза белоктары әртүрлі грек әріптерімен белгіленеді. Барлық амилазалар гликозид гидролазалары болып табылады және α 1,4 гликозидтік байланыстарға әсер етеді.
An amylase ('/æ//m//ᵻ//l//eɪ//s/) is an enzyme that catalyses the hydrolysis of starch (Latin amylum) into sugars. Amylase is present in the saliva of humans and some other mammals, where it begins the chemical process of digestion. Foods that contain large amounts of starch but little sugar, such as rice and potatoes, may acquire a slightly sweet taste as they are chewed because amylase degrades some of their starch into sugar. The pancreas and salivary gland make amylase (alpha amylase) to hydrolyse dietary starch into disaccharides and trisaccharides which are converted by other enzymes to glucose to supply the body with energy. Plants and some bacteria also produce amylase. Specific amylase proteins are designated by different Greek letters. All amylases are glycoside hydrolases and act on α 1,4 glycosidic bonds.
Жіктеу
α амилаза β амилаза γ амилаза Көзі Жануарлар, өсімдіктер, микроорганизмдер Өсімдіктер, микроорганизмдер Жануарлар, микроорганизмдер Тін Сүлекей безі, қарын безі Тұқымдар, жемістер Жіңішке ішек Үзілу орны Кездейсоқ α 1,4 гликозидтік байланыс Екінші α 1,4 гликозидтік байланыс Соңғы α 1,4 гликозидтік байланыс Реакция өнімдері Мальтоза, декстрин және т.б. Мальтоза Глюкоза Оптималды pH 6,7–7,0 5,4–5,5 4,0–4,5 Сыра қайнатудың оптималды температурасы 68–74 °C (154–165 °F) 58–65 °C (136–149 °F) 63–68 °C (145–155 °F)
α-Амилаза
α амилазалар (CAS 9014-71-5) (басқаша атаулары: 1,4 α D глюкан глюканогидролаза; гликогеназа) – кальций металлоферменттері. α амилаза крахмал тізбегінің кездейсоқ жерлерінде әрекет ете отырып, ұзын тізбекті сахаридтерді ыдыратады, соның нәтижесінде амилозадан мальтотриоза мен мальтоза, ал амилопектиннен мальтоза, глюкоза және "шектелген декстрин" түзіледі. Олар гликозид гидролазалар отбасының 13-ші тобына (https://www.cazypedia.org/index.php/Glycoside_Hydrolase_Family_13) жатады. Субстраттың кез келген жерінде әрекет ете алатындықтан, α амилаза β амилазадан гөрі жылдам әрекет етеді. Жануарларда бұл маңызды ас қорыту ферменті, ал оның ең қолайлы pH деңгейі 6,7–7,0. Адам физиологиясында сілекей және ұйқы без амилазалары α амилазалар болып табылады. α амилаза түрі өсімдіктерде, саңырауқұлақтарда (аскомицеттер және базидиомицеттер) және бактерияларда (Bacillus) да кездеседі.
β-Амилаза
Амилазаның тағы бір түрі β-амилаза (балама атаулары: 1,4 α D глюкан малтогидролаза; гликогеназа; сахароген амилаза) бактериялар, саңырауқұлақтар және өсімдіктер синтездейді. Бұл фермент, редукцияланбайтын ұшынан бастап жұмыс істейді, екінші α 1,4 гликозидтік байланыстың гидролизін катализдейді, соның салдарынан екі глюкоза бірлігін (малтоза) бірдей бөліп шығарады. Жемістер пісетін кезде β-амилаза крахмалды мальтозаға ыдыратады, осының нәтижесінде піскен жемістің тәтті дәмі пайда болады. Олар 14-топқа жататын гликозид гидролазалар отбасысына кіреді. α-амилаза да, β-амилаза да тұқымдарда кездеседі; β-амилаза өскіні басталар алдында белсенді емес күйде болады, ал α-амилаза мен протеаздар өскіні басталғаннан кейін пайда болады. Көптеген микроорганизмдер де жасушадан тыс крахмалдарды ыдырату үшін амилаза өндіреді. Жануарлар тіндерінде β-амилаза табылмайды, бірақ ол ас қорыту жолындағы микроорганизмдерде болуы мүмкін. β-амилаза үшін оңтайлы pH 4,0–5,0 құрайды.
γ-Амилаза
γ-Амилаза (басқаша атаулары: Глюкан 1,4-а глюкозидаза; амилоглюкозидаза; экзо 1,4 α-глюкозидаза; глюкоамилаза; лизосомалық α-глюкозидаза; 1,4 α-D глюкан глюкогидролаза) α(1–6) гликозидтік байланыстарды, сондай-ақ амилоза мен амилопектиннің тотықпайтын ұшындағы соңғы α 1,4 гликозидтік байланысты кесіп, глюкоза шығарады. γ-Амилазаның барлық амилазалардың арасындағы ең төменгі оптималды pH деңгейі бар, себебі ол pH 3 шамасында ең активті болады. Олар әртүрлі GH (гликозид гидролаза) тұқымдастарына жатады, мысалы, саңырауқұлақтардағы 15-шы тұқымдас, адам MGAM-ның 31-ші тұқымдасы және бактериялық формалардағы 97-ші тұқымдас.
Ферментация
α және β амилазалары крахмалдан алынған қанттардан жасалған сыра және ликерді пісіруде маңызды рөл атқарады. Ашыту процесінде ашытқы қантты сіңіріп, этанол бөліп шығарады. Сыра мен кейбір ликерлерде ашыту басталғандағы қанттар дәнді немесе басқа крахмал көздерін (мысалы, картоп) "ұнтақтау" арқылы алынады. Дәстүрлі сыра пісіру кезінде, қуырылған арпа ыстық сумен араластырылып, "қайнатпа" жасалады, ол белгілі бір температурада ұсталады, бұл қуырылған дәндегі амилазалар арпа крахмалын қантқа айналдырады. Әртүрлі температуралар α немесе β амилазасының активтілігін жақсартады, нәтижесінде ферменттелетін және ферменттелмейтін қанттардың әртүрлі қоспалары пайда болады. Қайнатпа температурасын және су мен дәндің арақатынасын таңдау арқылы сыра қайнатушы дайын өнімнің спирттік құрамын, ауызға түсетін сезімін, хош иісі мен дәмін өзгерте алады. Алкогольдік сусындарды өндірудің кейбір тарихи әдістерінде крахмалдың қантқа айналуы сыра қайнатушының дәнді сілекеймен араластыру үшін шайнауынан басталады. Бұл практика Гималайдағы чаанг, Анд тауларындағы чича және Бразилия мен Суринамдағы касири сияқты кейбір дәстүрлі сусындарды үйде өндіруде әлі де қолданылуда.
Ұнға қосылатын қоспа
Эмилазалар нан жасауға және крахмал сияқты күрделі қанттарды (ұнның құрамында болады) қарапайым қанттарға ыдырату үшін қолданылады. Ашытқы содан кейін осы қарапайым қанттармен қоректенеді және оны этанол мен көмірқышқыл газының қосалқы өнімдеріне айналдырады. Бұл нанға хош иіс береді және оның қабынуына себеп болады. Эмилазалар табиғи түрде ашытқы жасушаларында кездеседі, бірақ ашытқының нандағы маңызды мөлшердегі крахмалдың ыдырауына жеткілікті ферменттерді өндіруіне уақыт керек. Сондықтан ұзақ ферментацияланған қамырлар, мысалы, ашытылған нан пайда болады. Қазіргі заманғы нан жасау технологиялары амилазаны (көбінесе қайнатылған арпа түрінде) нан жақсартқыш құрамына қосады, бұл процесті жылдамдатып, коммерциялық қолдану үшін ыңғайлырақ жасайды. α-Амилаза жиі коммерциялық қаптамадағы ұнның құрамында көрсетіледі. Амилазамен байытылған ұнмен ұзақ уақыт жұмыс істеген нан пісірушілер дерматит немесе астмаға шалдығу қаупіне тап болады.
Молекулалық биология
Молекулалық биологияда амилазаның болуы, антибиотикке төзімділіктен өзге, репортерлік конструкцияның сәтті интеграциясын таңдаудың қосымша әдісі ретінде қолданылуы мүмкін. Репортер гендері амилазаның құрылымдық генінің гомологтық аймақтарымен шектесетін болғандықтан, сәтті интеграция амилаза генін бұзып, крахмалдың ыдырауын тоқтатады, бұл йодпен бояу арқылы оңай анықталады.
Медициналық қолданыстар
Амилаза панкреатикалық ферменттерді алмастыру терапиясында (PERT) медициналық қолданысқа ие. Ол Sollpura (липротамаза) құрамына кіреді және сахаридтерді қарапайым қанттарға ыдыратуға көмектеседі.
Басқа қолданыстар
Альфа-амилазаның ингибиторы, фазоламин деп аталатын зат, диетаға көмектесуге арналған потенциалды құрал ретінде сынақтан өтті. Амиляза тағамдық қоспа ретінде қолданылғанда E нөмірі E1100 болып табылады және шошқаның ұйқы безінен немесе көбелек тәрізді саңырауқұлақтардан алынуы мүмкін. Бацилдік амилаза киімдер мен ыдыс жуғыш құралдарда маталар мен ыдыстардан крахмалдарды еріту үшін де қолданылады. Жоғарыда аталған мақсаттардың кез келгені үшін амилазамен жұмыс істейтін завод қызметкерлерінің кәсіби астмаға шалдығу қаупі жоғары. Нан пісірушілердің 5-9 пайызының тері сынағы оң нәтиже береді, ал тыныс алу проблемалары бар нан пісірушілердің төрттен бірі - үштен біріне дейін амилазаға жоғары сезімталдық байқалады.
Гиперамилямия
Медициналық диагностика мақсатымен қан сарысуындағы амилаза деңгейі өлшенуі мүмкін. Қалыпты деңгейден жоғары концентрация бірнеше медициналық жағдайларды көрсетеді, оның ішінде бүйрек безінің жедел қабынуын (липазамен бірге анықталуы мүмкін), перфорацияланған асқазан-ішек жарасын, жұмыртқалық кістің бұрылуын, ішек түйілуін, ілеусті, мезентериялық ишемияны, макроамилаземияны және сілекей безінің қабынуын. Амилаза зәр және іш қуысы сұйықтығы сияқты басқа дене сұйықтықтарында да өлшенуі мүмкін. 2007 жылғы қаңтардағы Вашингтон университетінің (Сент-Луис) зерттеуі көрсеткендей, ферменттің сілекейдегі тестілеуі ұйқы жетіспеушілігін анықтауға пайдалы болуы мүмкін, себебі фермент белсенділігі ұйқыдан айырылған уақытқа пропорционалды түрде артады.
Тарих
1831 жылы Эрхард Фридрих Лейхс (1800–1837) сілекейдегі крахмалдың гидролизі, сілекейдегі фермент – "птиялин" (амилаза) болуына байланысты екенін сипаттады. Ол ежелгі грек тіліндегі сілекей атауы – πτύαλον (птиялон) атымен аталды. Энзимдердің қазіргі тарихы 1833 жылы француз химиктері Ансельм Пейен мен Жан Франсуа Персоның өніп келе жатқан арпадан амилаза кешенін бөліп алып, оны "диастаза" деп атауынан басталады. Осы терминнен бастап, барлық фермент атаулары "-аза" жұрнағымен аяқталады. 1862 жылы орыс биохимигі Данилевский Александр Яковлевич (1838–1923) ұйқы безінің амилазасын трипсиннен бөліп алды.
Тіспенің амилазасы
Сахаридтер – энергияға бай тағамдық көз. Крахмал сияқты ірі полимерлер, ауызда амилаза ферменті арқылы ішінара гидролизденеді, одан кейін қанттарға толық бөлінеді. Көптеген сүтқоректілерде амилаза генінің көшірме санының айтарлықтай артуы байқалды. Бұл дупликациялар панкреатикалық амилаза AMY2-нің сілекей бездеріне қайта бағытталуына мүмкіндік береді, соның арқасында жануарлар крахмалдың дәмін сезіне алады және оны тиімдірек және көп мөлшерде қорыта алады. Бұл құбылыс егеуқырлар, еліктер, иттілер, шошқалар және ең маңыздысы, ауыл шаруашылығы революциясынан кейін адамдарда дербес дамыды. 12 000 жыл бұрын болған ауыл шаруашылығы революциясынан кейін адамдардың диетасы аң аулау мен жинаудан гөрі өсімдіктерді және жануарларды өсіруге көшті. Крахмал адам диетасының негізгі тағамына айналды. Көрінеу пайдалы болғанына қарамастан, ертедегі адамдарда сілекей амилазасы болмаған, бұл тенденция адамның эволюциялық жақындары, мысалы шимпанзелер мен боноболарда да байқалады, оларда сілекей амилазасын өндіруге жауапты геннің бір немесе тіпті ешбір көшірмесі жоқ. Басқа сүтқоректілердегідей, панкреатикалық альфа-амилаза AMY2 көп рет дупликацияланды. Бір оқиға оның сілекейге тән қасиеттерін дамытуына мүмкіндік берді, нәтижесінде сілекейде амилаза (адамдарда AMY1 деп аталады) пайда болды. Адамның 1-ші хромосомасының 1p21.1 аймағында осы гендердің көптеген көшірмелері бар, олар әртүрлі атаулармен белгіленген: AMY1A, AMY1B, AMY1C, AMY2A, AMY2B және т.б. Дегенмен, барлық адамдарда AMY1 генінің көшірмелерінің саны бірдей емес. Сахаридтерге көбірек тәуелді халықтар, салыстырмалы түрде аз крахмал тұтынатын халықтарға қарағанда, көбірек AMY1 көшірмелеріне ие. Адамдардағы AMY1 генінің көшірмелерінің саны еуропалық американдықтар мен жапондықтар сияқты ауыл шаруашылығымен айналысатын топтарда алтыға дейін (крахмалға бай екі халық), ал биака, датог және якуттар сияқты аңшы-жинаушылар қоғамдарында екі-үш көшірмеге дейін жетеді. Амилаза деңгейі диетадағы крахмал мөлшеріне байланысты болатын адамдардан айырмашылығы, әртүрлі тағамдарды жейтін жабайы жануарларда амилазаның көшірмелері көбірек болады. Бұл, негізінен, қорыту процесінен гөрі крахмалдың анықталуымен байланысты болуы мүмкін.