Биохимия / 34

34) Механизм действия ферментов альфа-амилаз. Амилазы (от лат. amylum, что в переводе означает «крахмал») — ферменты класса гликозил-гидролаз, катализирующие гидролиз крахмала,гликогена и других родственных полисахаридов главным образом по α- (1→4)-гликозидной связи с образованием олиго- и моносахаридов. Амилазы также называют ферментами пищеварения. Фермент α-амилаза способен беспорядочно гидролизовать полисахаридную цепь крахмала и других длинноцепочечных углеводов по α- (1→4)-связям с образованием преимущественно α-мальтозы, т.е остатки мономеров при таком расщеплении имеют α–конфигурацию. Продуктами расщепления оказываются, помимо мальтозы, также олигомеры, содержащие от 3 до 7 остатков глюкозы. Так, амилоза крахмала под действием α-амилазы превращается в глюкозу и мальтозу. Амилопектин, содержащий в молекуле α-(1→6)-связи, полностью не гидролизуется, поэтому остается разветвленный полисахарид (с более низкой степенью разветвленности по сравнению с крахмалом), так называемый «остаточный декстрин» . Все α-амилазы являются кальцийзависимыми ферментами. Полное удаление кальция приводит к инактивации фермента. Повторное введение кальция в среду может частично восстановить его активность. α-Амилазы богаты тирозином и триптофаном, а также глутаминовой и аспарагиновой кислотами (25% от массы белка). Наличие этих кислот связывают с осахаривающей способностью, которую проявляют эти энзимы. Серосодержащие аминокислоты входят в состав α-амилаз в сравнительно малых количествах, либо вообще отсутствуют. Кроме того, некоторые α-амилазы, выделенные из грибов, имеют углеводный фрагмент, в состав которого могут входить манноза, ксилоза. α-Амилаза обладает слабокислыми свойствами, при этом оптимальный диапазон pH для проявления ее максимальной активности составляет 6,7-7,0, т.е для действия фермента наиболее благоприятна нейтральная среда . Фермент α-амилаза присутствует во всех тканях животных и растений (например, в овсе), обнаружена также в грибах (в аскомицетах, базидиомицетах) и бактериях (Bacillus) . Причем ферменты, выделенные из разных источников, значительно отличаются друг от друга по каталитической активности. α-Амилазы животных являются основными пищеварительными ферментами. Так, α-амилаза слюны, поджелудочной железы и слизистой кишечника участвуют в переваривании пищи, α-амилаза печени расщепляет гликоген.

Механизм действия. К группе амилотических ферментов относятся a- и b-амилазы, глюкоамилаза, пуллуланаза, изоамилаза и некоторые другие ферменты. Амилазы бывают двух типов: эндо- и экзоамилазы. Четко выра­женной эндоамилазой является а-амилаза, способная к разрыву внутримо­лекулярных связей в высокополимерных цепях субстрата.

В зависимости от вида микроорганизма свойства ос-амилаз могут сильно отличаться не только по механизму воздействия на субстрат и конечным продуктам, но и по оптимальным условиям для проявления максимальной активности.

Действуя на целое крахмальное зерно, a-амилаза атакует его, разрыхляя поверхность и образуя каналы и бороздки, т.е. как бы раскалывает зерно на части. Клейстеризованный крахмал гидролизуется ею с образованием на окрашиваемые йодом продукты - в основном состоящие из низкомоле­кулярных декстринов. Процесс гидролиза крахмала многостадийный. В результате воздействия a-амилазы на первых стадиях процесса в гидролизате накапливаются декстрины, затем появляются неокрашивающиеся йо­дом тетра- и тримальтоза, которые очень медленно гидролизуются a-амилазой до ди- и моносахаридов.

Все a-амилазы проявляют наименьшее сродство к гидролизу концевых связей в субстрате. Некоторые же а-амилазы, особенно грибного происхож­дения, на второй стадии процесса гидролизуют субстрат более глубоко с об­разованием небольшого количества мальтозы и глюкозы. Схему гидролиза под действием а-амилазы можно записать следующим образом:

а-Амилаза

Крахмал,----------------> а-Декстрины + Мальтоза + Глюкоза

гликоген (много) (мало) (мало)