Специфичность амилазы

Киевский Медицинский Университет УАНМ

 

 

   

Амилазы (от лат. amylum - крахмал), ферменты класса гидролаз, катализирующие гидролиз крахмала, гликогена и др. родственных олиго- и полисахаридов, гл. обр. по 1,4 глюкозидной связи. Фермента амилаза – это первый энзим, обнаруженный учеными. В 1833 году этот фермент был описан французским ученым Пайя, который обнаружил его в связи с разрушением крахмала в пищеварительном тракте. Если длительное время жевать во рту продукты, включающие в себя крахмал (картошка, рис), благодаря амилазе они начинают приобретать сладковатый вкус. Это говорит о начале переработки углеводов во рту. Фермент этот бывает трех типов: альфа, бета, а также гамма. Для выработки и действия этого фермента обязательно нужен кальций. Разные виды фермента схожи друг с другом: все они отлично разводятся водой или в слабом растворе соли. А если ввести в фермент концентрированный солевой раствор, то фермент выпадет в осадок. Похожее действие на ферменты оказывает и спирт. При введении его в концентрации больше шестидесяти процентов ферменты также выпадают в осадок. Фермент этот присутствует не только в организме людей, но и животных, и даже у ряда растений (только бета-амилаза, которая не присутствует в организме животных). Спелые фрукты обладают приятным сладким вкусом часто благодаря наличию этого фермента. При приготовлении дрожжевого теста дрожжи разлагают крахмал с помощью амилазы до ди- и трисахаридов, которые потом используются в жизнедеятельности, образуя в результате спирт, углекислый газ (CO₂) и другие метаболиты, которые придают хлебу специфический вкус и «поднимают» тесто. Однако, это длительный процесс, поэтому в современных технологиях амилаза используется как одно из важных составляющих специальной добавки, ускоряющий процесс брожения. Бактериальная амилаза используется в стиральных порошках для разложения крахмала, присутствующего в белье.

 

Альфа-Амилаза (Диастаза) образуется в слюнных железах и поджелудочной железе.Также в поджелудочной железе образуется панкреатическая амилаза — фермент, участвующий в расщеплении крахмала и других углеводов в просвете двенадцатиперстной кишки.Амилаза, расщепляя крахмал и другие углеводы, обеспечивает

 

переваривание углеводов пищи. Из организма амилазу выводят почки вместе с мочой. Определение активности амилазы используется в диагностике заболеваний поджелудочной железы, слюнных желез, для выяснения причин боли в животе.Норма альфа-амилазы в крови (норма диастазы) — 28 -100 Ед/л. Нормы амилазы панкреатической — от 0 до 50 Ед/л.

Повышенная альфа-амилаза — симптом следующих заболеваний:

острый, хронический панкреатит (воспаление поджелудочной железы)

киста поджелудочной железы, камень, опухоль в протоке поджелудочной железы

эпидемический паротит

острый перитонит

сахарный диабет

заболевания желчных путей (холецистит)

почечная недостаточность.

Уровень амилазы повышается при травме живота и как следствие прерывания беременности.Уровень панкреатической амилазы в крови возрастает в 10 раз и более выше нормы при остром панкреатите или при обострении хронического панкреатита, эпидемическом паротите. Резкое повышение уровня амилазы панкреатической может быть связано с воспалением поджелудочной железы, вследствие закупорки протока поджелудочной железы кистой, опухолью, камнем, спайками.Биохимический анализ крови амилазы покажет нулевые значения содержания амилазы при недостаточности функции поджелудочной железы, остром и хроническом гепатите. Снижение нормального уровня амилазы крови происходит при токсикозе беременных. Для определения фермента амилазы также используется анализ мочи. Амилаза крови или сывороточная выводится из организма с мочой. В связи с этим рост уровня фермента в крови почти

 

всегда вызывает рост уровня его в моче. При этом острая форма  панкреатита чаще и сильнее увеличивает  уровень фермента в моче, чем уровень  его в крови. При этом в крови  уровень фермента нормализуется  быстрее, чем в моче. Несмотря на это, в диагностических целях  чаще используют пробы крови, а не мочи. Существует ряд заболеваний, при  которых амилаза вступает в контакт  с иммуноглобулинами и иными  протеинами крови. Соединения такие  не пропускаются мембранами почечных клубочков. При подобных заболеваниях количество фермента в крови увеличивается, а в моче обнаруживается обычное  его количество. Подобная картина  может наблюдаться и при почечной недостаточности. В случае хронической  формы воспаления поджелудочной  железы в фазе ремиссии количество фермента в моче чаще всего близко к норме. А во время обострения количество фермента в крови немного  увеличивается, в моче же может оставаться неизменным. Кроме вышеописанных  заболеваний, увеличение уровня амилазы  в моче характерно для хронической  почечной недостаточности, недугов  органов пищеварения (при поражении  поджелудочной железы), нарушений  работы слюнных желез (вызванных  разными причинами). Уменьшение показаний  фермента в моче, близкое к нулю, может указывать на наличие тяжелых  заболеваний печени, тяжелые поражения  поджелудочной железы, панкреатэктомию (удалении поджелудочной железы ), а также муковисцидоз(системное наследственное заболевание).

   А. (мол. м. 50 тыс.) участвует в гидролизе сахаров, содержащих подряд три или более остатков глюкозы. Расщепление связей может происходить между любыми остатками глюкозы, причем остатки моносахаридов в месте разрыва имеют конфигурацию аномеров. А. превращает амилозу крахмала в глюкозу и мальтозу. Находящийся в крахмале амилопектин, содержащий в молекуле 1,6 связи, полностью не гидролизуется - остается разветвленный полисахарид, т. наз. "остаточный декстрин". А. обладает слабокислыми св-вами. Ионы Са²⁺ и Cl^- активируют ее. Присутствует во всех тканях животных и растений, а также в микроорганизмах. По каталитич. активности ферменты из разных

 

источников значительно отличаются друг от друга. А. слюны, поджелудочной железы и слизистой кишечника участвуют в переваривании пищи, А. печени расщепляет гликоген.

А. (мол. м. 50-200 тыс.) последовательно отщепляет остатки мальтозы от невосстанавливающего конца цепи полисахаридов. Под действием А. из амилозы образуется мальтоза, а из амилопектина также "остаточный декстрин". Содержится А. в солоде.

А. (экзо-1,4 глюкозидаза; мол. м. 50-100 тыс.) последовательно отщепляет концевые остатки D-глюкозы от невосстанавливающих концов цепей полисахаридов с образованием D-глюкозы. Способна также расщеплять 1,6 связь, если следующие за ней моносахариды соединены в положениях 1 и 4. Содержится в плесневых грибах. Определение активности А. используют в диагностич. целях, в частности для идентификации гликогеноза. А. (в т. ч. иммобилизованные) применяют в пром-сти: А.-для "осахаривания" крахмала, А.-для произ-ва глюкозы.

Функции. Амилаза - гидролитический фермент - разлагает крахмал и гликоген до мальтозы. Амилаза образуется преимущественно в слюнных железах и поджелудочной железе, поступает затем соответственно в полость рта или просвет двенадцатиперстной кишки и участвует в переваривании углеводов пищи. В сыворотке крови выделяют соответственно панкреатический и слюнной изоферменты амилазы. Значительно более низкой амилазной активностью обладают также такие органы как яичники, фаллопиевы трубы, тонкий и толстый кишечник и печень. Фермент выводится почками. Следовательно, увеличение сывороточной активности амилазы приводит к повышению активности амилазы в моче. Амилаза может образовывать крупные по размеру комплексы с иммуноглобулинами и другими белками плазмы, поэтому не проходит через почечные клубочки, поэтому содержание ее в сыворотке возрастает, в моче наблюдается нормальная активность амилазы.

Слюна содержит значительное количество амилазы — фермента, принимающего участие в переваривании углеводов, а также ферменты, расщепляющие белки. Все они активны только при щелочной или

 

нейтральной реакции среды. Поэтому кислый желудочный сок прекращает их действие. Но, тем не менее, их влияние продолжается некоторое время в желудке, потому что пищевой комок не сразу пропитывается желудочным соком.

Слюна обладает бактерицидными (убивающими микробы) свойствами. Она предупреждает развитие кариеса зубов благодаря присутствию в ней фермента лизоцима. У человека слюноотделение связано и с речевой функцией: слюна обеспечивает во время речи увлажнение слизистой оболочки ротовой полости (установлено, что слюноотделение сопровождает даже акт письма). В течение суток выделяется от 0,5 л до 2 л слюны.

 

СПЕЦИФИЧНОСТЬ АМИЛАЗЫ

 Ферменты обладают очень высокой специфичностью. Эта специфичность обусловлена особой формой молекулы фермента, точно соответствующей форме молекулы субстрата. Эту гипотезу называют гипотезой “ключа и замка”: субстрат сравнивается в ней с ключом, который точно подходит к замку, т.е. к ферменту. Далее на основании этой гипотезы уже в 1959 году новую интерпретацию гипотезы “ключа и замка” предложил Кошланд. Он делает вывод о гибкости активных центров ферментов. Согласно этому предположению, субстрат соединяясь с ферментом, вызывает изменения в структуре последнего. Подходящей аналогией в этом случае может служить перчатка, которая при надевании на руку соответствующим образом изменяет свою форму.

Амилазы различного происхождения имеют много общих свойств: хорошо растворяются в воде или в сильно разбавленных растворах солей. Более концентрированные растворы солей (например 20-30% - ные растворы сульфата аммония) вызывают осаждение этих ферментов. Амилаза легко растворяются в разбавленных растворах этилового спирта, но осаждаются при его концентрации в среде свыше 60%. Белок амилаз обладает слабокислыми свойствами; изоэлектрическая точка ферментов колеблется в пределах рН 4,2 - 5,7. Молекулярная масса солодовой амилазы 60000, амилаз микроскопических грибов - 45000-50000. Многие из амилазы получены либо в высокоочищенном, либо в

 

кристаллическом виде. Ионы кальция оказывают стабилизирующее действие на амилазу. Это впервые было обнаружено Воллерштейном, затем подтверждено Накамурой. В настоящее время это явление отмечено почти для всех амилаз. Однако теоретически этот вопрос применительно к промышленному гидролизу крахмала до сих пор не разработан.

Гидролиз крахмала амилазами:

Амилаза действует на -1,4 -гликозидные связи, расщепляют амилозу внутри её цепи, в результате чего с большой скоростью образуются низкомолекулярные продукты гидролиза - нормальные декстрины. Их дальнейший гидролиз даёт мальтозу, мальтотриозу и глюкозу. Было найдено, что расщепление -1,4-глюкозидных связей в амилозе носит случайный характер иподчиняется закону статистического распределения продуктов реакции. Расщепление более мелких фракций на последнем этапе амилоза носит уже не случайный характер - действие фермента направлено лишь на определённые -1,4-гликозидные связи. В конечном счёте амилаза превращают амилозу в мальтозу и глюкозу, хотя и отмечены некоторые несущественные различия в динамике гидролиза этими ферментами указанного субстрата.

Бендецкий, Яровенко по изменению вязкости и восстанавливающей способности гидролизатов крахмала оценивали действие (множественность атаки) амилазы Bac. Subtilis на растворимый крахмал. Авторы наблюдали существенное различие вязкость восстанавливающая способность при кислотном и ферментативном гидролизе крахмала. Это дало основание сделать заключение, что при кислотном гидролизе деградация крахмала

Амилазы специфичны у разных видов организмов. Физиологическая роль их состоит в мобилизации запасов полисахаридов в клетках (например, при прорастании семян). Велико значение их в процессе пищеварения: Амилазы содержатся в слюне и соке поджелудочной железы человека и животных. Так, амилаза расщепляет гликоген и крахмал до глюкозы и играет важную роль во внутриклеточном обмене гликогена. Микроорганизмы потребляют крахмал, выделяя в среду амилазу.

Определение активности амилазы в сыворотке крови и моче используется в диагностике заболеваний поджелудочной железы, печени, почек, слюнных желез, а также в диагностике гликогенозов.