Amilaza — encim za razgradnjo škroba: vrste, delovanje in vloga
Amilaza: ključni encim za razgradnjo škroba — vrste, delovanje v ustih in želodcu ter pomembna vloga pri prebavi in presnovi sladkorjev.
Amilaza je encim, ki razgrajuje škrob v sladkorje, ki jih telo lahko uporabi.
Natančneje, gre za družino podobnih encimov, ki delujejo v številnih živalih, rastlinah in glivah. Pri ljudeh obstajata dve različici: alfa-amilaza in gama-amilaza.
Alfa-amilaza je glavni prebavni encim. Njen optimalni pH je 6,7-7,0. Najdemo jo v slini in pankreatičnem soku. Prevzema škrobne verige in jih razbije na manjše koščke z dvema ali tremi glukoznimi enotami. Škrob lahko razgradi v maltozo. Med prebavo deluje v ustih in želodcu.
Gama-amilaza ima med vsemi amilazami najbolj kisel optimalni pH, saj je najbolj aktivna pri pH 3. Zato najbolje deluje v želodcu, ki ima kisel pH.
Dodatne informacije o vrstah in delovanju
Amilaze so običajno razdeljene v tri glavne skupine:
- Alfa-amilaza — endo-encim, ki cepi notranje α-1,4 vezi v škrobnih polimereh in povzroči nastajanje krajših oligosaharidov (dekstrinov) ter maltoze. Pri ljudeh sta prisotni salivarna in pankreatična oblika; prebava škroba se začne v ustih in se nadaljuje v majhnem črevesju. Alfa-amilaza deluje najbolje pri blago nevtralnem pH (okoli 6,7–7,0).
- Beta-amilaza — najpogostejša v rastlinah in nekaterih mikroorganizmih; deluje ekso in postopoma sprošča maltozo z zlaganega konca verige.
- Glucoamilaza (včasih imenovana gama-amilaza) — ekso-encim, ki lahko cepi tako α-1,4 kot tudi α-1,6 vezi in sprošča prosto glukozo. Nekateri glukoamilaze iz mikroorganizmov so stabilne pri kislih pogojih (optimalni pH približno 3) in se zato pogosto uporabljajo v industrijskih procesih. Človeški prebavni trakt običajno ne vsebuje značilne glukoamilaze v želodcu; trditev, da „gama-amilaza“ deluje v človeškem želodcu, se nanaša predvsem na mikrobiološke ali industrijske oblike teh encimov.
Mehanizem
Amilaze hidrolizirajo α-1,4 glikozidne vezi v škrobu (amiloza in amylopektin). Alfa-amilaza deluje kot endo-encim (razbija verige znotraj polimera), beta-amilaza kot ekso-encim (odrezuje maltose s terminalnih koncev), glukoamilaza pa sprošča posamezne molekule glukoze. Končni proizvodi prebave lahko vključujejo maltozo, malto-oligosaharide in glukozo, ki so nadalje absorbirani v črevesju.
Kadar je amilaza pomembna v medicini
- Merjenje serumske amilaze je del diagnostike akutnega pankreatitisa — povišane vrednosti amilaze (in lipaze) lahko kažejo na vnetje trebušne slinavke. Lipaza je sicer bolj specifičen marker za pankreatitis.
- Rabljena je tudi pri oceni poškodb žlez slinavk (povišanje slinavorne amilaze), obsežnih poškodbah trebuha, ali pri nekaterih obolenjih, ki zmanjšajo tvorbo encimov.
- Pri interpretaciji rezultatov je treba upoštevati tudi druge vzroke za povišane vrednosti (npr. ledvična odpoved, perforacijačev, nekatera zdravila).
Genetika in razlike med ljudmi
Število kopij gena AMY1 (kodira salivarno amilazo) se med posamezniki razlikuje. Višje število kopij je povezano z višjo aktivnostjo salivarne amilaze in nekateri raziskovalci so ugotavljali povezavo med tem in prehransko prilagoditvijo na dieti bogati z škrobom.
Uporabe v industriji in prehrani
- Amilaze so široko uporabljene v pekarstvu (pomagajo pretvoriti škrob v sladkorje, ki jih uporabljajo kvasovke), v pivovarstvu in proizvodnji sladkorjev iz škroba.
- Industrijske amilaze iz mikroorganizmov so pomembne za saccharifikacijo škroba pri proizvodnji glukoze, dekstrinov in sirupov.
Inhibitorji in klinično-patofiziološke opombe
Nekateri zdravila in spojine zmanjšujejo aktivnost amilaze; farmakološki inhibitorji antropične amilaze / glikozidaz vključujejo npr. akarbose, ki se uporablja za zniževanje glikemije z zaviranjem presnove ogljikovih hidratov v prebavilih. V praksi se pri bolnikih z motnjami prebave škroba ali z nadpovprečno absorpcijo sladkorjev lahko upošteva vpliv teh snovi.
Priporočila za laike
- Prebava škroba začne že v ustih s slino; temeljita žvečenja olajša delovanje amilaz in kasnejšo prebavo v tankem črevesju.
- Pri hudih bolečinah v trebuhu s slabostjo in bruhanjem poiščite zdravniško pomoč — med diagnostičnimi testi lahko zdravnik zahteva krvne teste, kjer se preverja amilaza in lipaza.
Skupaj amilaze predstavljajo ključno skupino encimov za pretvorbo kompleksnih ogljikovih hidratov v prebavljive sladkorje, z velikim pomenom tako za fiziologijo človeka kot za industrijske procese.
Razvoj človeka
Očitno zgodnji ljudje niso imeli amilaze v slini. Najbližji evolucijski sorodniki človeka, šimpanzi in bonobi, imajo bodisi eno kopijo gena za tvorbo slinne amilaze bodisi ga nimajo. Podvojitev gena AMY1 je povzročila nastajanje amilaze v slini. Enak dogodek se je neodvisno zgodil pri glodavcih. To kaže na pomen amilaze v slini pri organizmih, ki uživajo razmeroma velike količine škroba.
Ogljikovi hidrati so vir hrane, ki vsebuje veliko energije. Po kmetijski revoluciji se je človeška prehrana namesto lova in nabiralništva začela bolj opirati na udomačevanje rastlin in živali. Ta premik je pomenil začetek prehrane, ki jo sestavlja 49 % ogljikovih hidratov v primerjavi s prejšnjimi 35 %, opaženimi pri paleolitskih ljudeh. Tako je škrob postal osnovni del človeške prehrane. Ljudje, ki so v slini vsebovali amilazo, bi imeli koristi od povečane sposobnosti učinkovitejše in obsežnejše prebave škroba.
Vsi ljudje nimajo enakega števila kopij gena AMY1. Populacije, ki so odvisne od ogljikovih hidratov, imajo večje število kopij gena AMY1 kot populacije, ki uživajo malo škroba. Število kopij gena AMY1 pri ljudeh se lahko giblje od šestih kopij pri kmetijskih skupinah, kot so Evropejci in Japonci (dve populaciji z visoko vsebnostjo škroba), do le 2-3 kopij pri lovcih in nabiralcih, kot so Biaka, Datog in Jakuti.
Povezava med uživanjem škroba in številom kopij AMY1 kaže, da je več kopij AMY1 v populacijah z visoko vsebnostjo škroba posledica naravne selekcije. To je ugoden fenotip za te posameznike. Zato je verjetno, da več kopij AMY1 v populaciji z visoko vsebnostjo škroba povečuje telesno pripravljenost in ustvarja bolj zdrave in sposobne potomce. Geografsko bližnje populacije z različnimi prehranjevalnimi navadami imajo različno število kopij gena AMY1. To je močan dokaz, da je na ta gen delovala naravna selekcija.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je amilaza?
O: Amilaza je encim, ki razgrajuje škrob v sladkorje, ki jih telo lahko uporabi.
V: Kakšna je funkcija alfa-amilaze?
O: Alfa-amilaza je glavni prebavni encim, ki razgrajuje škrobne verige na manjše koščke z dvema do tremi glukoznimi enotami.
V: Kje v telesu najdemo alfa-amilazo?
O: Alfa-amilazo najdemo v slini in soku trebušne slinavke, med prebavo pa deluje v ustih in želodcu.
V: Kakšno je optimalno območje pH za alfa-amilazo?
O: Optimalno območje pH za alfa-amilazo je 6,7-7,0.
V: V katere vrste sladkorjev lahko alfa-amilaza razgradi škrob?
O: Alfa-amilaza lahko razgradi škrob v maltozo.
V: Kaj je gama-amilaza?
O: Amilaza gama je še ena različica amilaze, ki ima med vsemi amilazami najbolj kisel optimalni pH.
V: Kje v telesu gama-amilaza najbolje deluje?
O: Gama-amilaza najbolje deluje v želodcu, ki ima kisel pH.
Iskati