Amilasa

Las α-amilasas ( EC 3.2.1.1 ) ( CAS 9014–71–5) (nombres alternativos: 1,4-α- D -glucano glucanohidrolasa; glucogenasa) son metaloenzimas de calcio . Al actuar en ubicaciones aleatorias a lo largo de la cadena de almidón, la α-amilasa descompone los sacáridos de cadena larga , produciendo finalmente maltotriosa y maltosa a partir de amilosa ; o maltosa, glucosa y "dextrina límite" a partir de amilopectina . Pertenecen a la familia 13 de las glicósido hidrolasas ( https://www.cazypedia.org/index.php/Glycoside_Hydrolase_Family_13 ).

Debido a que puede actuar en cualquier parte del sustrato , la α-amilasa tiende a ser más rápida que la β-amilasa. En los animales , es una enzima digestiva importante y su pH óptimo es de 6,7 a 7,0. ^{[ 3 ]}

En la fisiología humana, tanto las amilasas salivales como las pancreáticas son α-amilasas.

La forma α-amilasa también se encuentra en plantas, hongos ( ascomicetos y basidiomicetos ) y bacterias ( Bacillus ).

Otra forma de amilasa, la β-amilasa ( EC 3.2.1.2 ) (nombres alternativos: 1,4-α- D -glucano maltohidrolasa; glucogenasa; amilasa sacarógena) también es sintetizada por bacterias , hongos y plantas . Actuando desde el extremo no reductor, la β-amilasa cataliza la hidrólisis del segundo enlace glucosídico α-1,4, escindiendo dos unidades de glucosa ( maltosa ) a la vez. Durante la maduración de la fruta , la β-amilasa descompone el almidón en maltosa, lo que da como resultado el sabor dulce de la fruta madura. Pertenecen a la familia de las glicósido hidrolasas 14 .

Tanto la α-amilasa como la β-amilasa están presentes en las semillas: la β-amilasa se encuentra en forma inactiva antes de la germinación , mientras que la α-amilasa y las proteasas aparecen una vez iniciada la germinación. Muchos microorganismos producen amilasa para degradar los almidones extracelulares. Los tejidos animales no contienen β-amilasa, aunque puede estar presente en microorganismos del tracto digestivo . El pH óptimo para la β-amilasa es de 4,0 a 5,0. ^{[ 4 ]}

La γ-amilasa ( EC 3.2.1.3 ) (nombres alternativos: glucano 1,4-α-glucosidasa; amiloglucosidasa; exo -1,4-α-glucosidasa; glucoamilasa; α-glucosidasa lisosomal; 1,4-α- D -glucano glucohidrolasa) escindirá los enlaces glucosídicos α(1–6), así como el último enlace glucosídico α-1,4 en el extremo no reductor de la amilosa y la amilopectina , produciendo glucosa . La γ-amilasa tiene el pH óptimo más ácido de todas las amilasas, ya que es más activa alrededor de pH 3. Pertenecen a diversas familias de glicósido hidrolasas , como la familia 15 de glicósido hidrolasas en hongos, la familia 31 de MGAM humana y la familia 97 de glicósido hidrolasas en bacterias.

Las α- y β-amilasas son importantes en la elaboración de cerveza y licores a partir de azúcares derivados del almidón . En la fermentación , la levadura ingiere azúcares y excreta etanol . En la cerveza y algunos licores, los azúcares presentes al inicio de la fermentación se han producido mediante la maceración de granos u otras fuentes de almidón (como las patatas ). En la elaboración tradicional de cerveza, la cebada malteada se mezcla con agua caliente para crear un mosto , que se mantiene a una temperatura determinada para permitir que las amilasas del grano malteado conviertan el almidón de la cebada en azúcares. Las diferentes temperaturas optimizan la actividad de la alfa o beta-amilasa, lo que da como resultado diferentes mezclas de azúcares fermentables y no fermentables. Al seleccionar la temperatura del mosto y la proporción grano-agua, el cervecero puede modificar el contenido de alcohol, la sensación en boca , el aroma y el sabor de la cerveza final.

En algunos métodos históricos de producción de bebidas alcohólicas, la conversión del almidón en azúcar comienza con el cervecero masticando el grano para mezclarlo con la saliva. ^{[ 5 ]} Esta práctica continúa realizándose en la producción casera de algunas bebidas tradicionales, como el chhaang en el Himalaya, la chicha en los Andes y el kasiri en Brasil y Surinam .

Las amilasas se utilizan en la elaboración del pan para descomponer azúcares complejos, como el almidón (presente en la harina ), en azúcares simples. La levadura se alimenta de estos azúcares simples y los transforma en etanol y dióxido de carbono , productos de desecho . Esto aporta sabor y hace que el pan suba. Si bien las amilasas se encuentran de forma natural en las células de levadura, esta tarda en producir la cantidad suficiente de estas enzimas para descomponer cantidades significativas de almidón en el pan. Esta es la razón de las masas de larga fermentación, como la masa madre . Las técnicas modernas de elaboración del pan han incorporado amilasas (a menudo en forma de cebada malteada ) a los mejoradores de pan , lo que hace que el proceso sea más rápido y práctico para su uso comercial. ^{[ 6 ]}

La α-amilasa suele figurar como ingrediente en la harina molida comercialmente envasada. Los panaderos expuestos durante mucho tiempo a harina enriquecida con amilasa corren el riesgo de desarrollar dermatitis ^{[ 7 ]} o asma ^{[ 8 ]} .

En biología molecular , la presencia de amilasa puede servir como método adicional para seleccionar la integración exitosa de un constructo reportero, además de la resistencia a los antibióticos . Dado que los genes reporteros están flanqueados por regiones homólogas del gen estructural de la amilasa, la integración exitosa interrumpirá el gen de la amilasa e impedirá la degradación del almidón, lo cual es fácilmente detectable mediante tinción con yodo .

La amilasa también tiene aplicaciones médicas en la terapia de reemplazo de enzimas pancreáticas (TREP). Es uno de los componentes de la Sollpura ( lipotamasa ) que ayuda a la descomposición de los sacáridos en azúcares simples. ^{[ 9 ]}

La alfa-amilasa salival sirve como biomarcador de estrés fisiológico . ^{[ 10 ]} En respuesta a la actividad del sistema nervioso simpático (por ejemplo, debido a un factor estresante de la vida real), se sabe que el nivel de alfa-amilasa en la saliva aumenta; por lo tanto, la cantidad de alfa-amilasa en la saliva puede informar a los investigadores específicamente sobre el componente de actividad del sistema nervioso simpático de la respuesta al estrés. Al igual que con otros biomarcadores de estrés, se sabe que la respuesta de la alfa-amilasa salival al estrés se reduce en intensidad en personas con agotamiento laboral . ^{[ 11 ]}

Se ha probado un inhibidor de la alfa-amilasa, llamado faseolamina , como posible coadyuvante dietético . ^{[ 12 ]}

Cuando se utiliza como aditivo alimentario , la amilasa tiene el número E1100 y puede derivarse del páncreas de cerdo o de hongos mohosos .

La amilasa bacilar también se utiliza en detergentes para ropa y lavavajillas para disolver los almidones de los tejidos y la vajilla.

Los trabajadores de fábricas que manipulan amilasa para cualquiera de los usos mencionados anteriormente tienen un mayor riesgo de padecer asma ocupacional . Entre el 5 y el 9 por ciento de los panaderos presentan una prueba cutánea positiva, y entre un cuarto y un tercio de los panaderos con problemas respiratorios son hipersensibles a la amilasa. ^{[ 13 ]}

Los sacáridos son una fuente de alimento rica en energía. Los polímeros grandes, como el almidón, se hidrolizan parcialmente en la boca por la enzima amilasa antes de descomponerse en azúcares. Muchos mamíferos han experimentado grandes expansiones en el número de copias del gen de la amilasa. Estas duplicaciones permiten que la amilasa pancreática AMY2 se redirija a las glándulas salivales, lo que permite a los animales detectar el almidón por el gusto y digerirlo de forma más eficiente y en mayores cantidades. Esto ha ocurrido de forma independiente en ratones, ratas, perros, cerdos y, sobre todo, en humanos tras la revolución agrícola. ^{[ 22 ]}

Tras la revolución agrícola de hace 12.000 años, la dieta humana comenzó a orientarse más hacia la domesticación de plantas y animales en lugar de la caza y la recolección . El almidón se ha convertido en un alimento básico de la dieta humana.

A pesar de los beneficios obvios, los primeros humanos no poseían amilasa salival, una tendencia que también se observa en parientes evolutivos del ser humano, como los chimpancés y los bonobos , que poseen una o ninguna copia del gen responsable de producir amilasa salival. ^{[ 23 ]}

Al igual que en otros mamíferos, la alfa-amilasa pancreática AMY2 se duplicó varias veces. Un evento le permitió desarrollar especificidad salival, lo que dio lugar a la producción de amilasa en la saliva (denominada en humanos como AMY1 ). La región 1p21.1 del cromosoma 1 humano contiene muchas copias de estos genes, denominados de diversas maneras como AMY1A , AMY1B , AMY1C , AMY2A , AMY2B , etc. ^{[ 24 ]}

Sin embargo, no todos los humanos poseen el mismo número de copias del gen AMY1 . Las poblaciones que dependen más de los sacáridos tienen un mayor número de copias de AMY1 que las poblaciones humanas que, en comparación, consumen poco almidón. El número de copias del gen AMY1 en humanos puede variar desde seis copias en grupos agrícolas como los euroamericanos y los japoneses (dos poblaciones con alto consumo de almidón) hasta solo dos o tres copias en sociedades de cazadores-recolectores como los Biaka , los Datog y los Yakut . ^{[ 24 ]}

La correlación existente entre el consumo de almidón y el número de copias de AMY1 específicas de la población sugiere que un mayor número de copias de AMY1 en poblaciones con alto contenido de almidón ha sido seleccionado por la selección natural y considerado el fenotipo favorable para esos individuos. Por lo tanto, es muy probable que el beneficio de que un individuo posea más copias de AMY1 en una población con alto contenido de almidón aumente su aptitud y produzca descendencia más sana y apta. ^{[ 24 ]}

Este hecho resulta especialmente evidente al comparar poblaciones geográficamente cercanas con hábitos alimenticios diferentes que poseen un número distinto de copias del gen AMY1 . Tal es el caso de algunas poblaciones asiáticas que han demostrado tener pocas copias de AMY1 en comparación con algunas poblaciones agrícolas de Asia. Esto ofrece una sólida evidencia de que la selección natural ha actuado sobre este gen, en contraposición a la posibilidad de que se haya propagado por deriva genética. ^{[ 24 ]}

Las variaciones en el número de copias de amilasa en perros reflejan las de las poblaciones humanas, lo que sugiere que adquirieron copias adicionales al seguir a los humanos. ^{[ 25 ]} A diferencia de los humanos, cuyos niveles de amilasa dependen del contenido de almidón en la dieta, los animales salvajes que consumen una amplia variedad de alimentos tienden a tener más copias de amilasa. Esto podría deberse principalmente a la detección del almidón en lugar de a su digestión. ^{[ 22 ]}