AMILASA

Por: Amaya Herreros, Mª Teresa Larriba y Noelia Molina.

Grado en Biología Sanitaria. UAH

INTRODUCCIÓN

La amilasa es una enzima que hidroliza los enlaces glucosídicos de los polisacáridos, degradándolos a oligosacáridos, disacáridos y monosacáridos.

Anselmen Payen y Jean-François Persoz, químicos que trabajaron en una fábrica parisina de azúcar, descubrieron en 1833 la primera enzima, a la que denominaron diastasa, que obtuvieron a partir de una disolución de malta y que convertía el almidón en azúcar. En la actualidad, esta enzima es conocida como amilasa que proviene del griego “amylon”, que significa almidón.

Imagen de Anselmen Payen. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Anselme_Payen
Imagen de Jean-François Persoz. Disponible en: https://ztfnews.wordpress.com/tag/jean-francois-persoz/

La α-amilasa fue nombrada por Kahn en 1925 porque los productos de hidrólisis están en la configuración alfa. En 1930, Ohlsson descubrió una amilasa que dio lugar a una β-manosa y la denominó β-amilasa. Se descubrieron los primeros inhibidores de la α-amilasa en 1975 (Marshall y Lauda). Su primera estructura cristalina fue de Aspergillus oryzae en 1979. Las secuencias de aminoácidos fueron descubiertas en los 80 y la secuencia completa de ADNc, en 1999 (Darnis).

Las amilasas de origen animal se obtienen en la saliva y en el páncreas, las que son de origen vegetal se pueden conseguir de los tubérculos. El páncreas secreta la amilasa a través del conducto pancreático hacia el duodeno, donde se realiza la degradación de lúcidos a sus componentes más simples. La α-amilasa y la β- amilasa, de algunos microorganismos como bacterias (sobre todo del Bacillus) y de hongos (como el aspergillus).

PAPEL BIOQUÍMICO DE LAS AMILASAS

Existen distintos tipos de amilasas que cortan los enlaces glucosídicos del almidón (lo hidrolizan) para producir dextrinas y oligosacáridos. Podemos distinguir las α-amilasas, β-amilasas y γ-amilasas.

  •  Las α-amilasas son enzimas que dependen del ión cloruro, que actúa como cofactor. Están presentes en animales, pero también en plantas y microorganismos. Comienzan la digestión del almidón y el glucógeno. Actúan sobre la amilosa y amilopectina. Es más rápida que la β-amilasa. Es mayor en los animales y su pH óptimo está entre 6.7 y 7.2. La α-amilasa rompe los enlaces glucosídicos α-1,4 internos en las cadenas de almidón. Esta ruptura da lugar a productos de bajo peso molecular como la glucosa, la maltosa y la matotriosa. Esta enzima es un tipo de endoamilasa. Muchos autores defienden la importancia de esta enzima como marcador «psicobiológico» de estrés en el sistema nervioso central. También elimina baterias bucales y previene su adhesión a las superficies orales. En las plantas, estas enzimas son importantes en la germinación de las semillas ya que hidrolizan el almidón del endospermo que nutre el embrión en su interior.

Digestión:

La masticación del alimento facilita la penetración de la amilasa en el bolo alimenticio. La digestión salival del almidón continúa después de que la comida llega al estómago. El ácido gástrico en el estómago inactiva la α-amilasa, pero como el bolo tarda en desintegrarse en el estómago, la digestión salival puede continuar dentro de él durante media hora. Cuando el ácido ha penetrado completamente en el alimento, la enzima se inactiva. La α-amilasa funciona mejor a un pH ligeramente básico. El almidón en el pan puede ser digerido hasta en un 75% por la α-amilasa salival antes de que la enzima sea inactivada por el ácido en el estómago.

  • La β-amilasa es sintetizada por bacterias, hongos y plantas. En vez de cortar los enlaces al azar, comienza a partir de los extremos no reductores del glúcido y continúa a lo largo de la cadena, rompiendo los enlaces, dando lugar a maltosa. Cataliza la hidrólisis del segundo enlace α-1.4, rompiendo maltosa. En la maduración de la fruta, rompe el almidón en azúcar. Esto es lo que da el sabor dulce propio de la fruta. Muchos microorganismos la producen para degradar el almidón extracelular. Los tejidos animales no la contienen pero puede estar presente en microorganismos saprófitos del tracto gastrointestinal. Tiene un pH óptimo de 12. La β- amilasa es una exoamilasa.
  • La γ- amilasa rompe el último enlace α-1.4 glucosídico en el extremo no reductor de la cadena de amilosa y amilopectina, libreando glucosa. A diferencia de las otras, esta enzima puede romper los enlaces glucosídicos α-1.6. Su pH óptimo es 3; ya que esta es más eficaz en medios ácidos. Colabora en el momento de la excitación y en los animales se encuentra en el tejido hepático.
Imagen relacionada
Imagen de la reacción de la amilasa
Disponible en: http://bioconversionesequipo3.blogspot.com/2017/04/

DESCRIPCIÓN ESTRUCTURAL

Hemos elegido la α-amilasa para describir su estructura porque tiene diversas aplicaciones industriales, siendo la más conocida y estudiada.

Es un dímero formado por dos dominios catalíticos α/ β, cada uno de ellos constituido por un barril TIM (8 láminas beta paralelas distribuidas circularmente formando una especie de barril al que se unen las hélices α), en el que se sitúan los aminoácidos catalíticos, y otro plegamiento formado por láminas β antiparalelas, con funciones de unión y reconocimiento; y un átomo de calcio que se sitúa cerca del centro activo y estabiliza la estructura. El barril TIM está presente en una gran cantidad de proteínas metabólicas, como la amilasa. En su interior hay un anión cloruro, esencial en la catálisis. En la zona del centro activo se observan: Glu 233, Asp 197 y Asp 300 (los que catalizan la hidrólisis) y un ligando (disacárido) unido al centro activo.

Imagen de la estructura de la alfa amila. Se puede observar claramente el barril TIM.
Imagen realizada con Chimera.

IMPLICACIONES BIOMÉDICAS O BIOTECNOLÓGICAS

La amilasa se utiliza para el diagnóstico en enfermedades, como la pancreatitis. Esto se consigue midiendo el nivel de amilasa en sangre. La causa de que estos niveles sean elevados puede ser:

  • Que las células productoras de la enzima en el páncreas estén dañadas.
  • Que haya una deficiencia renal.
  • Que haya una inflamación de una glándula salival.

En un laboratorio clínico, se puede averiguar de dónde procede este aumento de nivel de la amilasa.

La amilasa se utiliza en la producción de pan, rompiendo el almidón de la harina en azúcares simples de los cuales se puede alimentar la levadura, convirtiéndolos en productos de la fermentación alcohólica. Este proceso da mayor sabor al pan. En el grano del trigo, las células tienen amilasas, pero éstas tardan mucho en liberar azúcares a partir de almidón. Por ello, la fermentación se realiza lentamente y, al añadirle amilasa, este proceso se acelera. Permiten el endurecimiento del pan y de la tortilla.

Las amilasas de origen bacteriano y fúngico se utilizan para generar dextrinas que se emplean en espesantes, para obtener maltosa de jarabes de cerveza o confituras, y para la fabricación de medicamentos para trastornos digestivos.

Las amilasas α y β son importantes en la fabricación de cerveza y licor, ya que dan lugar a la maltosa para la fermentación alcohólica. Además, también la producción de maltosa y dextrina permite una mayor absorción del agua y, por ello, se utilizan amilasas en la producción de cereales.

En la industria textil el almidón es empleado para recubrir el algodón antes de tejer, aumentando la consistencia. Sin embargo, este es eliminado en los tratamientos finales. Antiguamente se utilizaban tratamientos ácidos pero, en la actualidad, se emplean amilasas, más eficientes y sin dejar residuos contaminantes.

La alfa amilasa se utiliza en la industria de detergentes, ya que es eficiente en la degradación de las cadenas de amilosa, mejorando la eliminación de las moléculas de polvo y tierra que quedan en tejidos.

Imagen de detergente elaborado con amilasas.
https://slideplayer.es/slide/2909344/

La amilasa también se utiliza para la producción de jarabes con alto contenido en fructosa, creados a partir de maíz, con sabor similar al de la sacarosa de la caña de azúcar. El proceso requiere de tres pasos y el primero es realizado por la alfa amilasa, que rompe en almidón. También, se utiliza la amilasa de bacterias, ya que es fácil de obtener en grandes cantidades. Sin embargo, hay una gran controversia relacionada con la obesidad y la diabetes, por el endulzamiento de jarabes, refrescos, barritas energéticas…

Para acelerar la maduración de la fruta, se emplea la amilasa. Ésta, al degradar su almidón en azúcar, la vuelve más dulce.

La amilasa se puede encontrar en frutas crudas como la manzana.
Imagen de futa tartada con amilasas
https://www.globalhealingcenter.net/salud-natural/amilasa-beneficios.html

Esta enzima también se utiliza en la conservación del pescado. Al reducirse la concentración de los azúcares fermentables y oxígeno, se disminuye el crecimiento de microbios.

RELACIÓN CON OTRAS PROTEÍNAS

Para comprobar si la amilasa tiene relación con otras proteínas se estudió su estructura. Para ello, la alfa amilasa fue purificada a partir de la glándula  digestiva de Penaeus vannamei estando presentes dos isoformas en iguales proporciones, y una tercera más débilmente representada. Se determinó que la alfa amilasa madura presenta 495 aminoácidos para las tres isoformas. Sin embargo, la isoforma a y la isoforma b se diferencian en diez nucleótidos y cuatro aminoácidos; mientras que la isoforma c posee 145 cambios nucleotídicos y 57 aminoácidos diferentes. Esto sugiere una evolución más antigua.

La zona catalítica está formada por un barril de 8 hojas B paralelas (barril TIM) rodeadas de 8 hélices alfa.  Esta estructura es común para todas las glucosidasas y  está presente en porcinas ya que fue demostrada por cristalografía de rayos X.

A través de una comparación de secuencias y un análisis filogenético se demostró que a-amilasa de camarón presenta el mismo grado de identidad con la porcina o de drosofila, sugiriendo una antigua divergencia.

BIBLIOGRAFÍA

  • CARACTERIZACIÓN DE LAS TRIPSINAS Y AMILASASDE PENAEUS VANNAMEI (CRUSTACEA DECAPODA):ADAPTACIÓN A LA COMPOSICIÓN DEL RÉGIMEN ALIMENTICIO. Alain Van Wormhoudt, G. Le Moullac, B. Klein y D. Sellos. L url de la página web visitada: https://archimer.ifremer.fr/doc/00176/28726/27183.pdf
  • Ballesteros Durango, E. (2008). Producción de enzima amilasa microbiana mediante fermentación en sustrato líquido, Universidad Ponífica Boliviana. (Consultado el 6/12/2019), [http://enzimasnelly.blogspot.mx/]

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