α-Amilasa
La α-amilasa (alfa-amilasa) es una enzima (EC 3.2.1.1) que cataliza la hidrólisis de los enlaces alfa-glucosídicos, de los polisacáridos alfa glucosídicos de alto peso molecular, tales como el almidón y el glucógeno, liberando glucosa y maltosa.[2] Es la principal amilasa encontrada en humanos y otros mamíferos.[3] También se encuentra presente en semillas que contienen almidón como reserva alimenticia, y es secretada por muchos hongos.
| Alfa-amilasa | ||||||
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| Amilasa salival humana; se puede observar un ion calcio en color amarillo, y un ion cloruro en verde. Adaptado de PDB 1SMD[1] | ||||||
| Estructuras disponibles | ||||||
| PDB | Estructuras enzimáticas RCSB PDB, PDBe, PDBsum | |||||
| Identificadores | ||||||
| Identificadores externos | ||||||
| Número EC | 3.2.1.1 | |||||
| Número CAS | 9000-90-2 | |||||
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| Ortólogos | ||||||
| Especies | ||||||
| PubMed (Búsqueda) | ||||||
| PMC (Búsqueda) | ||||||
| Α-Amilasa | ||
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| Ciclodextrina glucanotransferasa (EC 2.4.1.19) (cgtasa) | ||
| Identificadores | ||
| Símbolo | Alfa-amilasa | |
| Pfam | PF00128 | |
| InterPro | IPR006047 | |
| SCOP | 1ppi | |
| Familia OPM | 125 | |
| Proteína OPM | 1wza | |
Fisiología humana
Aunque se encuentra en muchos tejidos, la amilasa es más prominente en el jugo pancreático y saliva, los cuales poseen cada uno su propia isoenzima de α-amilasa humana. Estas enzimas tienen un comportamiento diferentes en el isoelectroenfoque, y pueden ser separadas en determinaciones utilizando anticuerpos monoclonales. En los seres humanos, todas las formas de amilasa se encuentran codificadas en el cromosoma 1 (1p21, véase AMY1A).
Amilasa salival (ptialina)
La saliva contiene amilasa que hidroliza el almidón para formar maltosa y dextrina. Esta isoforma de la amilasa se conoce también como ptialina, nombrada así por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius, el nombre deriva de la palabra griega πτυω (ptiō, escupir), debido a que la sustancia se obtuvo de la saliva.[4] La ptialina hidroliza las grandes moléculas de almidón insoluble, para formar almidones solubles (amilodextrina, eritrodextrina y acrodextrina), produciendo sucesivamente moléculas de almidones cada vez más pequeñas, hasta formar al final maltosa. La ptialina actúa sobre los enlaces glicosídicos α(1,4), pero la hidrólisis completa requiere de una enzima que actúe además sobre los productos ramificados. La amilasa salival resulta inactivada en el estómago por el ácido gástrico. En el jugo gástrico a pH 3,3 la ptialina resulta totalmente inactivada en 20minutos a 37ºC. En contraste, luego de 150 minutos en jugo gástrico a pH 4,3, aún se retiene el 50% de la actividad amilasa.[5] Tanto el almidón, el sustrato para la ptialina, como el producto, polímeros de glucosa de cadena corta, son capaces de protegerla parcialmente contra la inactivación debida al ácido gástrico. Al añadir ptialina a una solución tamponada a pH 3,0, esta resulta totalmente inactivada en 120 minutos; sin embargo la adición de almidón al 0,1% produce que luego de 120 minutos la solución aún conserve 10% de actividad amilasa; y la adición de almidón al 1,0 permite el mantenimiento del 40% de la actividad amilasa a los 120 minutos.[6]
Condiciones óptimas para la amilasa
Variaciones genéticas de la amilasa salival en humanos
El gen de la amilasa salival ha sufrido duplicaciones durante la evolución, y los estudios de hibridación de ADN indican que muchos individuos poseen múltiples repeticiones en tándem del gen. El número de copias del gen se correlaciones con los niveles de amilasa salival, como puede ser medida por ensayos tipo blot utilizando anticuerpos contra la amilasa humana. El número de copias del gen se encuentra aparentemente asociado con la exposición evolutiva a dietas ricas en almidón.[8] Por ejemplo, un individuo japonés posee 14 copias del gen de la amilasa (un alelo con 10 copias, y un segundo alelo con cuatro copias). La dieta japonesa, tradicionalmente, contiene grandes cantidades de almidón proveniente del arroz. En contraste, un individuo de la etnia biaka posee solo seis (tres copias en cada alelo). Los biaka son cazadores-recolectores de la selva húmeda que tradicionalmente han consumido bajas cantidades de almidón en su dieta. Perry y colegas han especulado que este aumento en el número de copias del gen de la amilasa salival pudo haber desempeñado un papel en el aumento de la supervivencia durante la transición a dietas ricas en almidón durante la evolución humana.[8]
Amilasa pancreática
La α-amilasa pancreática escinde aleatoriamente los enlaces α(1-4) glicosídicos de la amilosa para producir dextrina, maltosa, o maltotriosa. Esta enzima adopta un mecanismo de doble desplazamiento con retención de la configuración anomérica.
En patología
La determinación de amilasa en sangre es mucho más sencilla de llevar a cabo que la de lipasa, haciendo de esta determinación la elección primaria para la detección y monitorización de pancreatitis. Los laboratorios médicos por lo general miden ya sea la amilasa pancreática o la amilasa total. Si solo se mide la amilasa pancreática, un aumento de esta no tendrá relación con paperas o algún otro tipo de inflamación o trauma de las glándulas salivales.
Sin embargo, debido a la muy pequeña cantidad presente en sangre, la sincronización y rapidez es esencial cuando se hace la extracción de sangre para esta medición. La sangre debería ser tomada muy poco tiempo después de la aparición de un cólico de dolor pancreático, porque de otra forma, la enzima rápidamente es excretada por los riñones hacia la orina.
La α-amilasa salival ha sido utilizada como un biomarcador de estrés que no requiere de una extracción de sangre.[9]
Interpretación
Se encuentran niveles elevados de amilasa en plasma en:
- Trauma de las glándulas salivales (incluyendo la intubación anestésica).
- Paperas — debido a la inflamación de las glándulas salivales.
- Pancreatitis — debido al daño que se produce en las células que fabrican la amilasa.
- Fallo renal — debido a una excreción disminuida.
Una amilasa total con valores 10 veces o más por encima del límite superior de referencia es sugestiva de una pancreatitis. De cinco a diez veces el valor normal puede indicar una afección del íleo o duodeno, o un fallo renal, y elevaciones más bajas son hallazgos frecuentes en enfermedades de las glándulas salivales.
Genes
- Salival - AMY1A, AMY1B, AMY1C
- Pancreática - AMY2A, AMY2B
En granos
La actividad α-amilasa en granos se mide, por ejemplo en el número de caída de Harberg-Perten, un ensayo que sirve para determinar los daños debidos a brotación en los granos,[10] o en el método Phadebas.
Usos industriales
La α-amilasa se utiliza para la producción de etanol, para hidrolizar los almidones presentes en los granos y producir azúcares fermentables.
El primer paso en la producción del jarabe de maíz de alta fructosa es el tratamiento del almidón de maíz con α-amilasa, produciendo cadenas cortas de oligosacáridos.
Una α-amilasa llamada "Termamyl", extraída de Bacillus licheniformis, se utiliza también en algunos detergentes, especialmente en detergentes para el lavado de platos y para la remoción de almidón.[11]
Véase amilasa para mayor información sobre los usos de la familia de las amilasas en general.
Inhibición por buffer
Se ha publicado que la molécula de tris es capaz de inhibir un cierto número de α-amilasas bacterianas,[12][13] por lo que no deberían ser utilizadas en un medio tamponado con un buffer tris.
Determinación
Existen varios métodos disponibles para la determinación de la actividad α-amilasa, y diferentes industrias tienden a utilizar diferentes métodos. El test de almidón-ioduro, un desarrollo del test de yodo, se basa en un cambio de color, ya que la α-amilasa degrada el almidón, este test es de uso común en numerosas aplicaciones. Un test similar aunque de producción industrial es el ensayo de Phadebas para amilasa, el cual se utiliza como un ensayo cuali y cuantitativo en muchas industrias, tales como las de detergentes, varias harinas, granos y alimentos malteados, como así también en biología forense.
Arquitectura de dominios
Las α-amilasas contienen varios dominios proteicos diferentes. El dominio catalítico posee una estructura secundaria consistente en ocho barriles alfa/beta encadenados que contienen el sitio activo, interrupido por un dominio de unión al calcio formado por unos 70 aminoácidos que protruye entre la tercer lámina beta y la tercer hélice alfa, y un dominio carboxiterminal barril beta con un motivo de clave griega.[14] Varias alfa-amilasas contienen un dominio con forma de lámina beta, por lo general en el extremo C-terminal. Este dominio se encuentra formado por cinco cadenas antiparalelas en configuración de lámina beta.[15][16] Además varias alfa-amilasas contienen también un dominio todo-beta, por lo general en el extremo C-terminal.[17]
Véase también
Referencias
- Ramasubbu, N.; Paloth, V.; Luo, Y.; Brayer, G. D.; Levine, M. J. (1 de mayo de 1996). «Structure of human salivary alpha-amylase at 1.6 A resolution: implications for its role in the oral cavity». Acta Crystallographica. Section D, Biological Crystallography 52 (Pt 3): 435-446. ISSN 0907-4449. PMID 15299664. doi:10.1107/S0907444995014119. Consultado el 8 de agosto de 2016.
- Maureen Barlow Pugh, ed. (2000). Stedman's Medical Dictionary (27th edición). Baltimore, Maryland, USA: Lippincott Williams & Wilkins. p. 65. ISBN 978-0-683-40007-6.
- Voet, D., & Voet, J. G. (2005). Biochimie. (2e éd.). Bruxelles: De Boeck. 1583 p.
- Traité de Chimie (Paris, France: Firmin Didot Frerès, 1833), vol. 7, page 156.
- Fried, M, Abramson, S, Meyer, JH. Passage of salivary amylase through the stomach in humans. Digestive Diseases and Sciences 32:1097-1103 (1987).
- Rosenblum, JL, Irwin, CI, Alpers, DH. Starch and glucose oligosaccharides protect salivary-type amylase activity at acid pH. American Journal of Physiology 254 (Gastrointestinal and Liver Physiology 17):G775-780 (1988).
- http://www.worthington-biochem.com/aa/
- ↑ Perry, GH, et al. Diet and evolution of human amylase gene copy number variation, Nature Genetics 39:1256-1260 (2007).
- Noto, Yuka; Tetsumi Sato; Mihoko Kudo; Kiyoshi Kurata; Kazuyoshi Hirota (diciembre de 2005). «The Relationship Between Salivary Biomarkers and State-Trait Anxiety Inventory Score Under Mental Arithmetic Stress: A Pilot Study». Anesthesia & Analgesia (United States: Lippincott Williams & Wilkins) 101 (6): 1873-6. PMID 16301277. doi:10.1213/01.ANE.0000184196.60838.8D. Consultado el 1 de noviembre de 2013.
- . Perten Instruments. 2005. Archivado desde el original el 9 de septiembre de 2009. Consultado el 21 de noviembre de 2009.
- «The use of enzymes in detergents». Faculty of Engineering, Science and the Built Environment, London South Bank University. 20 de diciembre de 2004. desde el original el 20 de octubre de 2009. Consultado el 21 de noviembre de 2009.
- Ghalanbor, Z; et al. (2008). «Binding of Tris to Bacillus licheniformis alpha-amylase can affect its starch hydrolysis activity.». Protein Peptide Lett. 15 (2): 212-214. PMID 18289113. doi:10.2174/092986608783489616.
- Aghajari, N; et al. (1998). «Crystal structures of the psychrophilic alpha-amylase from Alteromonas haloplanctis in its native form and complexed with an inhibitor.». Protein Sci. 7 (3): 564-572. PMC 2143949. PMID 9541387. doi:10.1002/pro.5560070304.
- Abe A, Yoshida H, Tonozuka T, Sakano Y, Kamitori S (diciembre de 2005). «Complexes of Thermoactinomyces vulgaris R-47 alpha-amylase 1 and pullulan model oligossacharides provide new insight into the mechanism for recognizing substrates with alpha-(1,6) glycosidic linkages». FEBS J. 272 (23): 6145-53. PMID 16302977. doi:10.1111/j.1742-4658.2005.05013.x.
- Kadziola A, Søgaard M, Svensson B, Haser R. (abril de 1998). «Molecular structure of a barley alpha-amylase-inhibitor complex: implications for starch binding and catalysis». J. Mol. Biol. 278 (1): 205-17. PMID 9571044. doi:10.1006/jmbi.1998.1683.
- Kadziola A, Abe J, Svensson B, Haser R (mayo de 1994). «Crystal and molecular structure of barley alpha-amylase». J. Mol. Biol. 239 (1): 104-21. PMID 8196040. doi:10.1006/jmbi.1994.1354.
- Machius M, Wiegand G, Huber R (marzo de 1995). «Crystal structure of calcium-depleted Bacillus licheniformis alpha-amylase at 2.2 A resolution». J. Mol. Biol. 246 (4): 545-59. PMID 7877175. doi:10.1006/jmbi.1994.0106.
Enlaces externos
- La Proteína Alfa Amilasa (en inglés)
- MeSH: alpha-Amylase (en inglés)