Amilazė: apibrėžimas, funkcija, tipai (alfa, gama) ir reikšmė virškinime
Amilazė yra fermentas, kurio funkcija – skaidyti krakmolą ir kitus polisacharidus į mažesnes cukraus daleles, kurias organizmas gali pasisavinti kaip energiją. Iš tikrųjų amilazių egzistuoja visa šeima, jos randamos daugelyje gyvūnų, augalų ir grybų; skirtingi tipai turi skirtingą veikimo mechanizmą ir optimalią terpę.
Kaip ir kur veikia amilazė
Žmogaus virškinime pagrindinę reikšmę turi alfa-amilazė. Ji yra gaminama seilėse (seilių liaukų) ir kasos sultyse (ekzokrinė kasa). Alfa-amilazė suardo ilgąją krakmolo grandinę, nutrūkinėdama α-1,4 glikozidinius ryšius, ir taip susidaro mažesni junginiai — maltozė, maltozės trimerai (maltozės triolės) ir ribotos deksrtrinos. Jos optimalus pH yra maždaug 6,7–7,0, todėl ji geriausiai veikia burnos ir plonosios žarnos terpėje.
Virškinimas prasideda burnoje, kai seilių amilazė pradeda skaidyti krakmolą. Kai maistas patenka į skrandį, rūgštinė aplinka dalinai inaktyvuoja seilių alfa-amilazę, tačiau iki tol susidariusiems trumpiems cukrų fragmentams tęsiant kelią, juos toliau apdoroja kasos amilazė ir žarnyno gleivinės fermentai.
Tipai ir skirtumai
- Alfa-amilazė – tai endo-amilazė, kuri supjausto vidinius krakmolo ryšius ir greičiausiai susidaro maltozė, maltozės trimerai bei deksrtrinos. Žmonėms ji yra svarbiausia virškinamoji amilazė (seilių ir kasos).
- Gama-amilazė (kartais vadinama glucoamilaze) – tai egzofunkcinė amilazė, nuolydžiu nuimanti gliukozės vienetus nuo polisacharido neinterninio (ne-„redukuojančio“) galo. Daugeliu atvejų gama-amilazė turi rūgštesnį optimalią pH (pvz., apie pH 3), todėl ji aktyvi rūgščioje terpėje; šį fermentą dažnai randame mikroorganizmų ir augalų, jis plačiai naudojamas pramonėje (pvz., alkoholio arba sirupų gamyboje). Tačiau žmogaus organizme pagrindinis fermentas, kuris žarnyno paviršiuje paverčia oligosacharidus gliukoze, yra specialūs žarnyno gleivinės fermentai (pvz., maltazė–glukoamilazė), o ne tipiška „gama-amilazė“ kaip mikrobų fermentas.
- Beta-amilazė – dažniau aptinkama augaluose ir bakterijose; ji nuolydžiu atskiria maltobiozę (du gliukozės vienetai) nuo polisacharidų galo. Šis tipas ne būdingas žinduoliams.
Funkcijos ir reikšmė virškinime
- Skaidydama krakmolą, amilazė sudaro paprastesnius cukrus (pvz., maltozę), kuriuos vėliau toliau skaido žarnyno fermentai iki gliukozės — pagrindinio energijos šaltinio ląstelėms.
- Virškinimas prasideda burnoje ir tęsiasi plonojoje žarnoje: seilių alfa-amilazė pradeda procesą, kasos amilazė ir žarnyno glucoamilazės užbaigia perdirbimą iki gliukozės.
- Skirtingų organizmų amilazės prisitaikymas (pH, temperatūra, specifinė veikla) leidžia efektyviai skaidyti krakmolą skirtingose terpėse — nuo burnos iki pramoninių fermentacijų.
Klinikinė reikšmė ir diagnostika
Amilazės aktyvumo matavimas kraujyje arba šlapime naudojamas medicinoje. Padidėjęs seruminis amilazės kiekis gali rodyti kasos pažeidimą arba uždegimą (pvz., ūminę kasos uždegimą), bet reikšmė visada turi būti vertinama kartu su kitais rodikliais (pvz., lipazės lygiu, klinikine apimtimi). Taip pat amilazė gali padidėti sergant kai kuriomis kitomis būklėmis, pavyzdžiui, išsiplėtus žarnynui, sėkmingai lūžus seilių liaukoms (mumpsas) arba po virškinimo trakto perforacijos.
Papildomos pastabos
- Genetiniai skirtumai: žmonių populiacijoje skiriasi seilių amilazės (AMY1) kopijų skaičius — tai gali būti susiję su mitybos ypatumais (didesnis krakmolo vartojimas koreliuoja su didesniu AMY1 kopijų skaičiumi).
- Vaistai ir inhibitoriai: kai kurie vaistai (pvz., karbohidrazės inhibitoriai) slopina angliavandenių skaidymo fermentus ir naudojami gydant tam tikras medžiagų apykaitos ligas.
- Terminologija: terminai „gama-amilazė“ arba „glukoamilazė“ kartais vartojami skirtingai priklausomai nuo konteksto (biochemijos vs. pramonės vs. klinikinės), todėl svarbu aiškiai nurodyti, apie kurį fermentą kalbama.
Apibendrinant, amilazės yra kritiškai svarbūs angliavandenių virškinimui: alfa-amilazė – pagrindinis žmogaus virškinimo fermentas, veikiantis neutralioje terpėje, o egzofunkcinės (gama/gluko) amilazės svarbios tiek gamtoje, tiek pramonėje ir skiriasi pagal pH bei mechanizmą.
Žmogaus evoliucija
Matyt, ankstyvieji žmonės neturėjo seilių amilazės. Artimiausi evoliuciniai žmonių giminaičiai - šimpanzės ir bonobai - turi vieną seilių amilazės gamybos geno kopiją arba jos neturi. Dėl AMY1 geno dubliavimo įvykio amilazė pradėta gaminti seilėse. Tas pats įvykis nepriklausomai įvyko ir graužikams. Tai rodo seilių amilazės svarbą organizmuose, kurie valgo palyginti daug krakmolo.
Angliavandeniai yra daug energijos turintis maisto šaltinis. Po žemės ūkio revoliucijos žmonių mityboje vietoj medžioklės ir rinkimo pradėta daugiau naudoti augalus ir gyvūnus. Šis pokytis reiškė pradžią mitybai, kurią sudaro 49 % angliavandenių, palyginti su ankstesniais 35 %, kuriuos turėjo paleolito žmonės. Todėl krakmolas tapo pagrindine žmonių mitybos dalimi. Žmonėms, kurių seilėse buvo amilazės, buvo naudingas padidėjęs gebėjimas efektyviau ir didesniais kiekiais virškinti krakmolą.
Ne visi žmonės turi vienodą AMY1 geno kopijų skaičių. Populiacijose, kuriose vartojama daug angliavandenių, AMY1 kopijų skaičius yra didesnis nei populiacijose, kuriose vartojama mažai krakmolo. Žmonių AMY1 geno kopijų skaičius gali svyruoti nuo šešių kopijų žemdirbių grupėse, pavyzdžiui, europiečių ir japonų (dvi daug krakmolo turinčios populiacijos), iki vos 2-3 kopijų medžiotojų-rinkėjų visuomenėse, pavyzdžiui, biakų, datogų ir jakutų.
Krakmolo suvartojimo ir AMY1 kopijų skaičiaus koreliacija rodo, kad daugiau AMY1 kopijų daug krakmolo turinčiose populiacijose atsirado dėl natūralios atrankos. Tai palankus šių individų fenotipas. Todėl tikėtina, kad daugiau AMY1 kopijų daug krakmolo turinčioje populiacijoje didina fizinį pajėgumą ir leidžia susilaukti sveikesnių, sportiškesnių palikuonių. Geografiškai artimos populiacijos, turinčios skirtingus mitybos įpročius, turi skirtingą AMY1 geno kopijų skaičių. Tai tvirtas įrodymas, kad šį geną veikė natūralioji atranka.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra amilazė?
A: Amilazė yra fermentas, kuris skaido krakmolą į cukrų, kurį organizmas gali panaudoti.
K: Kokia yra alfa amilazės funkcija?
A: Alfa-amilazė yra pagrindinis virškinimo fermentas, skaidantis krakmolo grandines į mažesnius gabalėlius, turinčius 2-3 gliukozės vienetus.
K: Kur organizme randama alfa amilazės?
A.: Alfa-amilazės yra seilėse ir kasos sultyse, ji veikia burnoje ir skrandyje virškinimo metu.
K.: Koks yra optimalus alfa amilazės pH intervalas?
A.: Optimalus alfa amilazės pH intervalas yra 6,7-7,0.
K: Į kokio tipo cukrų alfa amilazė gali suskaidyti krakmolą?
A: Alfa-amilazė gali suskaidyti krakmolą į maltozę.
K: Kas yra gama amilazė?
A: Gama amilazė yra dar vienas amilazės variantas, kurio optimalus pH yra rūgščiausias iš visų amilazių.
K: Kur organizme gama amilazė veikia geriausiai?
A.: Gama amilazė geriausiai veikia skrandyje, kurio pH yra rūgštus.
