淀粉酶是一个术语,用于识别一组重要的酶,这些酶负责水解碳水化合物中存在的葡萄糖分子(例如淀粉和其他相关的葡萄糖)中存在的葡萄糖分子之间的糖苷键,这些糖分子已被许多活生物体的饮食所摄入。
这种酶是由细菌,真菌,动植物产生的,它们催化基本相同的反应并具有多种功能,主要与能量代谢有关。
动物来源的Alpha淀粉酶的图形表示(来源:Jawahar Swaminathan和欧洲生物信息学研究所的MSD员工通过Wikimedia Commons)
糖苷键水解反应的产物可以被认为是每种淀粉分解酶的特征,因此这通常是其分类的重要参数。
从人类中心来讲,这些酶的重要性不仅在于生理,因为目前这种酶在食品,纸张,纺织品,糖等的工业生产中具有重要的生物技术意义。
术语“淀粉酶”源自希腊语“淀粉”,意为淀粉,由科学家Payen和Persoz于1833年提出,他们研究了该酶在淀粉上的水解反应。
特点
一些淀粉酶本质上是多聚体,例如甘薯β-淀粉酶,其行为类似于四聚体。然而,淀粉酶单体的近似分子量在50kDa的范围内。
通常,植物和动物酶都具有相对“常见”的氨基酸组成,并且在5.5至8个单位的pH值下具有最佳活性(动物淀粉酶在更中性的pH值下更具活性)。
淀粉酶是能够水解通常产生二糖的大量多糖的糖苷键的酶,但是它们不能水解复合物例如纤维素。
基材特性
淀粉酶在自然界中如此重要的原因,特别是在碳水化合物的消化中,与“高级”蔬菜的组织中普遍存在其天然底物(淀粉)有关。用于多种动物和微生物的食物。
该多糖又由两种大分子复合物组成,称为直链淀粉(不溶性)和支链淀粉(可溶)。直链淀粉部分由通过α-1,4键连接的葡萄糖残基的线性链组成,并被α-淀粉酶降解。
支链淀粉是一种高分子量化合物,由葡萄糖残基的支链组成,这些支链由α-1,4键连接,其支链由α-1,6键支撑。
分类
淀粉酶根据其能够破坏糖苷键的部位进行分类,如内淀粉酶或外淀粉酶。前者在碳水化合物的内部区域水解键,而后者只能催化多糖末端的残基水解。
此外,传统分类与它们的反应产物的立体化学有关,因此这些具有酶促活性的蛋白质也分类为α-淀粉酶,β-淀粉酶或γ-淀粉酶。
-α-淀粉酶(α-1,4-葡聚糖4-葡聚糖水解酶)是作用于线性构象底物内部键的内淀粉酶,其产物具有α构型,是寡糖的混合物。
-β-淀粉酶(α-1,4-葡聚糖麦芽糖水解酶)是一种植物外淀粉酶,作用于多糖(如淀粉)非还原端的键上,其水解产物为β-麦芽糖残基。
-最后,γ-淀粉酶是第三类淀粉酶,也称为葡糖淀粉酶(α-1,4-葡聚糖葡糖水解酶),与β-淀粉酶一样,它们是能够从非还原末端去除简单葡萄糖单元的外淀粉酶。多糖并反转其构型。
后一类酶可以水解α-1,4和α,1-6键,从而将淀粉等底物转化为D-葡萄糖。在动物中,它们主要存在于肝组织中。
当前排名
随着酶及其底物和产物的新生化分析技术的出现,某些作者已经确定至少有六类淀粉酶:
水解α-1,4糖苷键且可以“绕过”(绕过)α-1,6键的1-内淀粉酶。该组的例子是α-淀粉酶。
能够水解α-1,4的2-异淀粉酶,其主要产物是麦芽糖残基和α-1,6键,不能被“跳过”。该组的实例是β-淀粉酶。
能够水解α-1,4和α-1,6键的3-外淀粉酶,例如淀粉葡糖苷酶(葡糖淀粉酶)和其他外淀粉酶。
仅水解α-1,6糖苷键的4-淀粉酶。在这组中是“脱支”酶和其他称为支链淀粉酶的酶。
5-淀粉酶,例如α-葡萄糖苷酶,优先水解由其他酶作用于底物(例如直链淀粉或支链淀粉)上产生的短寡糖的α-1,4键。
将淀粉水解为D-糖苷残基的非还原性环状聚合物(称为环糊精)的6-酶,例如某些细菌淀粉酶。
特征
不仅从自然或生理的角度,而且从与人类直接相关的商业和工业的角度,归因于具有淀粉酶活性的酶的许多功能。
在动物中
动物中的淀粉酶主要存在于唾液,肝脏和胰腺中,它们在其中介导饮食(动物来源(糖原)或蔬菜(淀粉))中消耗的不同多糖的降解。
唾液中存在的α-淀粉酶可用作唾液腺生理状态的指标,因为它占这些腺体蛋白质产量的40%以上。
在口腔中,这种酶负责淀粉的“预消化”,产生麦芽糖,麦芽三糖和糊精的残留物。
在植物中
在植物中,淀粉是一种储备多糖,由淀粉酶介导的水解具有许多重要功能。其中我们可以强调:
- 通过糊粉层的消化使谷物种子发芽。
- 用于获取能量的ATP形式的储备物质的降解。
在微生物中
许多微生物使用淀粉酶从各种多糖来源获得碳和能量。在工业上,这些微生物被用于这些酶的大规模生产,其用于满足人类的不同商业需求。
工业用途
在工业中,淀粉酶用于各种目的,包括制造麦芽糖,高果糖糖浆,低聚糖混合物,糊精等。
它们还用于酿造业中淀粉直接酒精发酵为乙醇的过程中,以及将植物性食品加工过程中产生的废水用作微生物生长的食物来源。
参考文献
- 艾艾尔·PV(2005)。淀粉酶及其应用。非洲生物技术杂志,第4卷,第13期,1525-1529年。
- Azcón-Bieto,J.和Talón,M.(2008年)。植物生理学基础(第二版)。马德里:西班牙的麦格劳-希尔国际美洲。
- Del Vigna,P.,Trinidade,A.,Naval,M.,Soares,A.&Reis,L.(2008)。唾液成分和功能:全面综述。当代牙科实践杂志,9(3),72–80。
- Naidu,MA和Saranraj,P.(2013年)。细菌淀粉酶:审查。国际药物和生物档案学杂志,4(2),274–287。
- Salt,W。,&Schenker,S。(1976)。淀粉酶-其临床意义:文献综述。医学,55(4),269–289。
- Saranraj,P.和Stella,D.(2013)。真菌淀粉酶-评论。国际微生物研究杂志,4(2),203–211。
- 所罗门,E。,伯格,L。和马丁,D。(1999)。生物学(第5版)。宾夕法尼亚州费城:桑德斯学院出版社。
- Thoma,JA,Spradlin,JE,和Dygert,S。(1925)。植物和动物淀粉酶。安 化学,1,115-189。