Амилаза — ензим за разграждане на нишесте: видове, функция и роля
Амилазата е ензим, който разгражда нишестето до захари, които тялото може да използва.
По-точно, това е семейство от сродни ензими, които действат в широк спектър от животни, растения и гъби. Най-често срещаните типове са алфа-амилаза, бета-амилаза и глюкоамилаза (понякога наричана γ-амилаза). При хората основната роля се изпълнява от алфа-амилазите, които съществуват в две основни форми — слюнчена (саливарна) и панкреатична.
Видове и механизъм на действие
- Алфа-амилаза (EC 3.2.1.1) е ендо-ензим — разгражда вътрешни α-1,4-гликозидни връзки в нишестото, разкъсвайки дългите вериги до по-къси олигозахариди като малтоза, малтотриоза и т.нар. лимит-декстрини. При хората алфа-амилазата се кодира от гените AMY1 (слюнката) и AMY2 (панкреаса).
- Бета-амилаза (EC 3.2.1.2) е екзо-ензим, среща се главно при растения и бактерии и освобождава последователно малтоза от края на нишестените вериги.
- Глюкоамилаза (EC 3.2.1.3, понякога наричана γ-амилаза) разгражда нишестото до моноглюкоза, действайки от края на веригата. Много микроорганизми и гъби имат силно киселинно-активни глюкоамилази (оптимум pH ~3–4), използвани в промишлеността. В човека храносмилателната система използва и други крайни ензими (например малтаза-глюкоамилаза в тънките черва), които окончателно превръщат продуктите на амилазите в глюкоза.
Къде и как работят амилази при човека
- Слюнчена (саливарна) алфа-амилаза: започва разграждането на нишестото още в устата при дъвчене. Нейният оптимален рН е около 6,7–7,0, затова дейността ѝ намалява при силно киселинна среда. След преминаване в стомаха активността на слюнчената амилаза бързо се редуцира поради ниското pH, но краткотрайна активност може да продължи преди пълна инактивизация.
- Панкреатична алфа-амилаза: отделя се в тънките черва с панкреатичния сок и завършва основното разкъсване на нишестените вериги до малтоза и малтотриоза. Тази форма също предпочита неутрално до слабо алкално pH и действа в дуоденума и горната част на тънките черва.
- Окончателното разграждане до глюкоза става чрез ензими на чревната четка (малтаза, изомалтаза, глюкоамилаза и др.), които позволяват усвояването на монохидратните захари в кръвта.
Физиологично и клинично значение
- Енергия и хранене: амилазите са първата стъпка в превръщането на сложните въглехидрати в усвоима енергия. Генетичната вариабилност (напр. броя на копията на гена AMY1) влияе на способността за усвояване на скорбялата и може да е свързана с адаптацията към диети богати на нишесте.
- Клинични тестове: измерването на серумната активност на амилаза се използва при диагностика на остър панкреатит, при увреждане на слюнчените жлези (напр. mumps/паротит) и при други състояния. Високи нива може да се наблюдават и при запушване на панкреасния канал, чревна обструкция, някои тумори или при хронична бъбречна недостатъчност (заради намалено отделяне). Ниските нива могат да се срещнат при продължителен хроничен панкреатит или тежко чернодробно заболяване.
- Диагностична бележка: при съмнение за панкреатит често се прави и тест за липаза — тя е по-специфична за панкреатичния произход и задържа повишените си стойности по-дълго от амилазата.
Други приложения и фактори
- Промишлена употреба: амилазите се използват в хранително-вкусовата промишленост, при ферментации, производство на високофруктозен сироп, в праховете за пране и в биотехнологични процеси за разграждане на нишестета.
- Ингибитори и лекарствени взаимодействия: някои лекарства (напр. инхибитори на α-глюозидазата като акарбоза) забавят разграждането на въглехидратите и влияят на ефекта на ензимите върху постпрандиалната глюкоза.
- Фактори, които влияят върху активността: pH, температура, наличието на катиони (например Cl− стимулира някои алфа-амилази) и наследствени различия в гените.
Кратко резюме: Амилазата е група ензими, които разграждат нишестето до по-малки захари. При човека основната роля имат слюнчената и панкреатичната алфа-амилаза, които започват и продължават храносмилането на нишестените въглехидрати, а допълнителни чревни ензими превръщат продуктите в глюкоза за усвояване.
Еволюция на човека
Очевидно ранните хора не са имали слюнчена амилаза. Най-близките еволюционни роднини на хората - шимпанзетата и бонобо - имат или едно копие на гена за производство на слюнчена амилаза, или нямат такова. Дублирането на гена AMY1 е довело до производството на амилаза в слюнката. Същото събитие е настъпило независимо при гризачите. Това показва значението на слюнчената амилаза при организми, които се хранят с относително големи количества скорбяла.
Въглехидратите са хранителен източник, богат на енергия. След селскостопанската революция човешката диета започва да разчита в по-голяма степен на опитомяването на растения и животни вместо на лова и събирането. Тази промяна бележи началото на диета, съставена от 49% въглехидрати, за разлика от предишните 35%, наблюдавани при палеолитните хора. По този начин нишестето се превръща в основна част от човешката диета. Хората, които са съдържали амилаза в слюнката, са се възползвали от повишената способност да смилат нишестето по-ефективно и в по-големи количества.
Не всички хора имат еднакъв брой копия на гена AMY1. Популациите, които разчитат на въглехидрати, имат по-голям брой копия на AMY1, отколкото популациите, които ядат малко скорбяла. Броят на копията на гена AMY1 при хората може да варира от шест копия при земеделски групи като европейското американско население и японците (две популации с високо съдържание на скорбяла) до само 2-3 копия при обществата на ловците и събирачите като биака, датог и якутите.
Връзката между консумацията на нишесте и броя на копията на AMY1 предполага, че по-големият брой копия на AMY1 в популациите с високо съдържание на нишесте се дължи на естествения подбор. Това е благоприятен фенотип за тези индивиди. Следователно е вероятно наличието на повече копия на AMY1 в популация с високо съдържание на скорбяла да повишава физическата годност и да води до по-здраво и по-едро потомство. Географски близки популации с различни хранителни навици притежават различен брой копия на гена AMY1. Това е сериозно доказателство, че естественият подбор е въздействал върху този ген.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява амилазата?
О: Амилазата е ензим, който разгражда нишестето до захари, които тялото може да използва.
В: Каква е функцията на алфа-амилазата?
О: Алфа-амилазата е основен храносмилателен ензим, който разгражда нишестените вериги на по-малки парчета с две до три глюкозни единици.
В: Къде в тялото се намира алфа-амилазата?
О: Алфа-амилазата се намира в слюнката и панкреатичния сок и работи в устата и стомаха по време на храносмилането.
В: Какъв е оптималният диапазон на рН за алфа-амилазата?
О: Оптималният диапазон на рН за алфа-амилазата е 6,7-7,0.
В: На какъв вид захари може да разгради нишестето алфа-амилазата?
О: Алфа-амилазата може да разгражда нишестето до малтоза.
В: Какво представлява гама-амилазата?
О: Гама-амилазата е друг вариант на амилазата, който има най-киселото оптимално рН от всички амилази.
В: Къде в тялото гама-амилазата работи най-добре?
О: Гама-амилазата работи най-добре в стомаха, който има кисело рН.
