| Alpha-Amylase | |||||||||
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Humane Speichelamylase: Calciumion sichtbar in hellem Khaki, Chloridion in grün. PDB 1SMD
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| Kennungen | |||||||||
| EG-Nr. | 3.2.1.0 | ||||||||
| CAS-Nr. | 9000-90-2 | ||||||||
| Datenbanken | |||||||||
| IntEnz | IntEnz-Ansicht | ||||||||
| BRENDA | BRENDA Eintrag | ||||||||
| EXPASy | NiceZyme Ansicht | ||||||||
| KEGG | KEGG Eintrag | ||||||||
| MetaCyc | Stoffwechselweg | ||||||||
| PRIAM | Profil | ||||||||
| PDB-Strukturen | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
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| GH13 katalytische Domäne | |||||||||
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Cyclodextringlucanotransferase (ec2.4.1.19) (cgtase)
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| Kennungen | |||||||||
| Symbol | Alpha-Amylase | ||||||||
| Pfam | PF00128 | ||||||||
| Pfam-Clan | CL0058 | ||||||||
| InterPro | IPR006047 | ||||||||
| SCOP2 | 1ppi / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| OPM-Superfamilie | 117 | ||||||||
| OPM-Protein | 1wza | ||||||||
| CAZy | GH13 | ||||||||
| CDD | cd11338 | ||||||||
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| Alpha-Amylase C-terminale Beta-Faltblatt-Domäne | |||||||||
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Kristallstruktur der inaktiven Mutante d180a der Gersten-Alpha-Amylase-Isozym 1 (Amy1) im Komplex mit Maltoheptaose
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| Kennungen | |||||||||
| Symbol | Alpha-Amyl_C2 | ||||||||
| Pfam | PF07821 | ||||||||
| InterPro | IPR012850 | ||||||||
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| Alpha-Amylase, C-terminale All-Beta-Domäne | |||||||||
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Maltotriose-Komplex einer vorkonditionierten Cyclodextrin-Glycosyltransferase-Mutante
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| Kennungen | |||||||||
| Symbol | Alpha-Amylase_C | ||||||||
| Pfam | PF02806 | ||||||||
| Pfam-Clan | CL0369 | ||||||||
| InterPro | IPR006048 | ||||||||
| SCOP2 | 1ppi / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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Alpha-Amylase, (α-Amylase) ist ein Enzym EC 3.2.1.1, das Alpha-Bindungen großer, Alpha-verknüpfter Polysaccharide wie Stärke und Glykogen hydrolysiert und kürzere Ketten davon, Dextrine und Maltose ergibt. Es ist die Hauptform der Amylase, die bei Menschen und anderen Säugetieren vorkommt. Es ist auch in Samen enthalten, die Stärke als Nahrungsreserve enthalten, und wird von vielen Pilzen ausgeschieden. Es ist ein Mitglied der Glycosidhydrolase-Familie 13.
In der menschlichen Biologie
Obwohl Amylase in vielen Geweben vorkommt, ist sie in Pankreassaft und Speichel am stärksten vertreten, von denen jede ihre eigene Isoform der menschlichen α-Amylase aufweist. Sie verhalten sich bei der isoelektrischen Fokussierung unterschiedlich und können beim Testen auch durch Verwendung spezifischer monoklonaler Antikörper getrennt werden. Beim Menschen verbinden sich alle Amylase-Isoformen mit Chromosom 1p21 (siehe AMY1A).
Speichelamylase (Ptyalin)
Amylase kommt im Speichel vor und zerlegt Stärke in Maltose und Dextrin. Diese Form der Amylase wird auch als „Ptyalin“ bezeichnet. /.ˈtaɪəlɪn/., benannt vom schwedischen Chemiker Jöns Jacob Berzelius. Der Name leitet sich vom griechischen Wort πτυω (ich spucke) ab, weil die Substanz aus Speichel gewonnen wurde. Es zerlegt große, unlösliche Stärkemoleküle in lösliche Stärken (Amylodextrin, Erythrodextrin und Achrodextrin), wodurch sukzessive kleinere Stärken und letztendlich Maltose entstehen. Ptyalin wirkt auf lineare α (1,4) -glycosidische Bindungen, aber die Hydrolyse von Verbindungen erfordert ein Enzym, das auf verzweigte Produkte wirkt. Speichelamylase wird im Magen durch Magensäure inaktiviert. In Magensaft, der auf einen pH-Wert von 3,3 eingestellt war, wurde Ptyalin in 20 Minuten bei 37 ° C vollständig inaktiviert. Im Gegensatz dazu blieben 50% der Amylaseaktivität nach 150 Minuten Exposition gegenüber Magensaft bei pH 4,3 erhalten. Sowohl Stärke, das Substrat für Ptyalin, als auch das Produkt (kurze Glucoseketten) können es teilweise vor Inaktivierung durch Magensäure schützen. Ptyalin, das dem Puffer bei pH 3,0 zugesetzt wurde, wurde in 120 Minuten vollständig inaktiviert; Die Zugabe von Stärke in einer Menge von 0,1% führte jedoch zu 10% verbleibender Aktivität, und eine ähnliche Zugabe von Stärke zu einer Menge von 1,0% führte zu etwa 40% der nach 120 Minuten verbleibenden Aktivität.
Optimale Bedingungen für Ptyalin
- Optimaler pH – 7,0
- Körpertemperatur des Menschen
- Vorhandensein bestimmter Anionen und Aktivatoren:
- Chlorid und Bromid – am effektivsten
- Jodid – weniger wirksam
- Sulfat und Phosphat – am wenigsten wirksam
Genetische Variation der menschlichen Speichelamylase
Das Speichel-Amylase-Gen wurde während der Evolution dupliziert, und DNA-Hybridisierungsstudien zeigen, dass viele Individuen mehrere Tandem-Wiederholungen des Gens aufweisen. Die Anzahl der Genkopien korreliert mit den Spiegeln der Speichelamylase, gemessen durch Protein-Blot-Assays unter Verwendung von Antikörpern gegen humane Amylase. Die Genkopienzahl ist mit einer offensichtlichen evolutionären Exposition gegenüber Diäten mit hohem Stärkegehalt verbunden. Zum Beispiel hatte ein japanisches Individuum 14 Kopien des Amylase-Gens (ein Allel mit 10 Kopien und ein zweites Allel mit vier Kopien). Die japanische Ernährung enthält traditionell große Mengen Reisstärke. Im Gegensatz dazu trug eine Biaka-Person sechs Kopien (drei Kopien auf jedem Allel). Die Biaka sind Regenwaldjäger und -sammler, die traditionell eine stärkearme Ernährung zu sich genommen haben. Perry und Kollegen spekulierten, dass die erhöhte Kopienzahl des Speichel-Amylase-Gens das Überleben verbessert haben könnte, was mit einer Umstellung auf eine stärkehaltige Ernährung während der menschlichen Evolution zusammenfällt.
Pankreas-Amylase
Pankreas-α-Amylase spaltet zufällig die α (1-4) -Glycosidbindungen von Amylose, um Dextrin, Maltose oder Maltotriose zu ergeben. Es verwendet einen Doppelverdrängungsmechanismus unter Beibehaltung der anomeren Konfiguration. Beim Menschen entwickelte sich die Speichelamylase aus einer Kopie davon.
In der Pathologie
Der Test auf Amylase ist einfacher durchzuführen als der auf Lipase, was ihn zum primären Test zur Erkennung und Überwachung von Pankreatitis macht. Medizinische Labors messen normalerweise entweder Pankreas-Amylase oder Gesamtamylase. Wenn nur Pankreas-Amylase gemessen wird, wird bei Mumps oder anderen Speicheldrüsentraumata kein Anstieg festgestellt.
Aufgrund der geringen Menge ist jedoch der Zeitpunkt für die Blutentnahme für diese Messung entscheidend. Blut sollte kurz nach einem Anfall von Pankreatitis-Schmerzen entnommen werden, da es sonst schnell von den Nieren ausgeschieden wird.
Speichel-α-Amylase wurde als Biomarker für Stress und als Ersatzmarker für die Aktivität des sympathischen Nervensystems (SNS) verwendet, für die keine Blutabnahme erforderlich ist.
Interpretation
Erhöhte Plasmaspiegel beim Menschen finden sich in:
- Speicheltrauma (einschließlich anästhetischer Intubation)
- Mumps – aufgrund einer Entzündung der Speicheldrüsen
- Pankreatitis – wegen Schädigung der Zellen, die Amylase produzieren
- Nierenversagen – aufgrund reduzierter Ausscheidung
Gesamtamylase-Werte von mehr als dem 10-fachen der Obergrenze des Normalwerts (ULN) deuten auf eine Pankreatitis hin. Das Fünf- bis Zehnfache der ULN kann auf eine Ileus- oder Zwölffingerdarmkrankheit oder ein Nierenversagen hinweisen, und bei Speicheldrüsenerkrankungen treten häufig niedrigere Erhöhungen auf.
Gene
- Speichel – AMY1A, AMY1B, AMY1C
- Bauchspeicheldrüse – AMY2A, AMY2B
In Getreide
Die α-Amylaseaktivität in Getreide wird beispielsweise anhand der Hagberg-Perten-Fallzahl, eines Tests zur Beurteilung von Sprossenschäden oder der Phadebas-Methode gemessen. Kommt in Weizen vor.
Industrielle Nutzung
α-Amylase wird bei der Ethanolherstellung verwendet, um Stärken in Körnern in fermentierbare Zucker zu zerlegen.
Der erste Schritt bei der Herstellung von Maissirup mit hohem Fructosegehalt ist die Behandlung von Maisstärke mit α-Amylase, wobei kürzere Ketten von Zuckeroligosacchariden erzeugt werden.
Eine α-Amylase namens „Termamyl“ aus Bacillus licheniformiswird auch in einigen Waschmitteln verwendet, insbesondere in Geschirrspül- und Stärkeentfernungsmitteln.
Siehe Amylase für weitere Verwendungen der Amylase-Familie im Allgemeinen.
Potenzial für medizinische Verwendung
α-Amylase hat eine Wirksamkeit beim Abbau polymikrobieller bakterieller Biofilme durch Hydrolyse der α (1-4) -glycosidischen Bindungen innerhalb der strukturellen Matrix-Exopolysaccharide der extrazellulären polymeren Substanz (EPS) gezeigt.
Pufferhemmung
Es wird berichtet, dass das Tris-Molekül eine Reihe von bakteriellen α-Amylasen hemmt, daher sollten sie nicht in Tris-Puffer verwendet werden.
Entschlossenheit
Zur Bestimmung der α-Amylaseaktivität stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, und verschiedene Branchen stützen sich in der Regel auf unterschiedliche Methoden. Der Stärkejodtest, eine Weiterentwicklung des Jodtests, basiert auf Farbveränderungen, da α-Amylase Stärke abbaut und üblicherweise in vielen Anwendungen verwendet wird. Ein ähnlicher, aber industriell hergestellter Test ist der Phadebas-Amylasetest, der in vielen Branchen wie Waschmitteln, verschiedenen Mehl-, Getreide- und Malznahrungsmitteln sowie in der forensischen Biologie als qualitativer und quantitativer Test verwendet wird.
Domänenarchitektur
α-Amylasen enthalten eine Reihe unterschiedlicher Proteindomänen. Die katalytische Domäne hat eine Struktur, die aus einem achtsträngigen Alpha / Beta-Zylinder besteht, der das aktive Zentrum enthält, unterbrochen von einer Calcium-Bindungsdomäne mit ~ 70 Aminosäuren, die zwischen Beta-Strang 3 und Alpha-Helix 3 hervorsteht, und einem Carboxyl-terminalen Griechen Schlüssel-Beta-Barrel-Domain. Mehrere Alpha-Amylasen enthalten eine Beta-Faltblatt-Domäne, üblicherweise am C-Terminus. Diese Domäne ist als fünfsträngiges antiparalleles Beta-Sheet organisiert. Mehrere Alpha-Amylasen enthalten eine All-Beta-Domäne, üblicherweise am C-Terminus.
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