¿Qué es la alfa amilasa?
La alfa amilasa (α-amilasa) es una enzima amilolítica del grupo de las endo amilasas que se encarga de la hidrólisis de los enlaces α-1,4 entre los residuos de glucosa que conforman distintos tipos de carbohidratos en la naturaleza.
Sistemáticamente conocida como α-1,4-glucano 4-glucanohidrolas, tiene una amplia distribución, puesto que se halla en animales, plantas y microorganismos. En los humanos, por ejemplo, las amilasas presentes en la saliva y las secretadas por el páncreas son de tipo α-amilasas.
Kuhn, en 1925, fue el primero en acuñar el término “α-amilasa” basándose en el hecho de que los productos de la hidrólisis que catalizan estas enzimas poseen configuración α. Más tarde, en 1968, se determinó que estas actúan preferentemente sobre sustratos de configuración estructural lineal y no ramificada.
Al igual que otras enzimas amilolíticas, la α-amilasa se encarga de la hidrólisis del almidón y de otras moléculas relacionadas, como el glucógeno, produciendo polímeros más pequeños compuestos por unidades repetidas de glucosa.
Además de las funciones fisiológicas que desempeña en los animales, las plantas y los microorganismos que la expresan, la α-amilasa, junto con las demás clases de amilasas existentes, representan el 25% de las enzimas empleadas con fines industriales y biotecnológicos del mercado actual.
Muchas especies de hongos y bacterias son la principal fuente de obtención de las α-amilasas que se utilizan con más frecuencia en la industria y la experimentación científica. Esto se debe principalmente a su versatilidad, su fácil obtención, su sencillo manejo y a los bajos costos de producción.
Características de la alfa amilasa
– Función. Cataliza la hidrólisis de enlaces glucosídicos en cadenas de polisacáridos, como el almidón y el glucógeno. Rompe estas cadenas en moléculas más pequeñas, como maltosa y dextrinas.
– Sustratos. Los sustratos específicos son los polisacáridos ya mencionados, fuentes comunes de carbohidratos en la dieta.
– Localización. Se encuentra en varios lugares del cuerpo, incluyendo la saliva y las secreciones pancreáticas. La amilasa salival comienza la digestión de carbohidratos en la boca, mientras que la amilasa pancreática actúa en el intestino delgado.
– Órganos productores. Se produce principalmente en las glándulas salivales y en el páncreas. Las células que la secretan liberan la enzima en el tracto digestivo para iniciar la descomposición de los carbohidratos.
– pH y temperatura. La amilasa salival funciona mejor en un entorno ligeramente ácido, mientras que la amilasa pancreática tiene un pH óptimo más neutro o ligeramente alcalino. Con respecto a la temperatura, suele ser relativamente alta, alrededor de 37-40 °C para la amilasa humana.
– Inhibición. En términos de la regulación de su actividad, una característica compartida entre las enzimas del grupo de las α-amilasas es que estas, al igual que otras amilasas, pueden ser inhibidas por iones metálicos pesados como el mercurio, el cobre, la plata y el plomo.
Estructura de la alfa amilasa
La α-amilasa es una enzima multidominio que, en animales y plantas, tiene un peso molecular aproximado de 50 kDa, y diferentes autores concuerdan en que las enzimas pertenecientes a esta familia de glicohidrolasas son enzimas con más de diez dominios estructurales.
El dominio central o dominio catalítico es muy conservado y se conoce como dominio A, que consiste en un pliegue simétrico de 8 láminas β-plegadas arregladas en forma de “barril”, rodeadas por 8 hélices alfa, por lo que también se puede encontrar en la literatura como (β/α)8 o barril tipo “TIM”.
Es importante señalar que en el extremo C-terminal de las láminas β del dominio A se encuentran los residuos aminoacídicos conservados implicados en la catálisis y en la unión del sustrato, y que este dominio se ubica en la región N-terminal de la proteína.
Otro de los dominios más estudiados de estas enzimas es el llamado dominio B, que sobresale entre la lámina β-plegada y la hélice alfa número 3 del dominio A. Este juega un papel fundamental en la unión del sustrato y de calcio divalente.
Dominios adicionales se han descrito para las enzimas α-amilasas, como los dominios C, D, F, G, H e I, que se localizan en frente o atrás del dominio A, cuyas funciones no se conocen con exactitud y dependen del organismo que se estudia.
α-amilasas de microorganismos
El peso molecular de las α-amilasas depende, así como otras de sus características bioquímicas y estructurales, del organismo que se estudie. Así pues, las α-amilasas de muchos hongos y bacterias tienen pesos tan bajos como 10 kDa y tan altos como 210 kDa.
El alto peso molecular de algunas de estas enzimas microbianas a menudo se relaciona con la presencia de glicosilaciones, aunque la glicosilación de proteínas en bacterias es bastante rara.
Funciones de la alfa amilasa
- Metabolismo de almidón y glucógeno. En los animales, las α-amilasas son las responsables de los primeros pasos en el metabolismo del almidón y el glucógeno, pues se encargan de su hidrólisis a fragmentos más pequeños. Los órganos del sistema gastrointestinal encargados de su producción en los mamíferos son el páncreas y las glándulas salivales.
- Marcador de estrés. Además de su evidente función metabólica, la producción de α-amilasas producidas por las glándulas salivales de muchos mamíferos, activada por acción de la norepinefrina, es considerada por muchos autores como un importante marcador “psicobiológico” de estrés en el sistema nervioso central.
- Eliminación bacteriana. También tiene funciones secundarias en la salud bucal, pues su actividad funciona en la eliminación de bacterias bucales y en la prevención de su adhesión a las superficies orales.
- Función principal en las plantas. En las plantas, las α-amilasas juegan un papel primordial en la germinación de las semillas, pues son las enzimas que hidrolizan el almidón presente en el endospermo que nutre el embrión en su interior, proceso controlado esencialmente por la giberelina, una fitohormona.
Aplicaciones industriales de la alfa amilasa
Las enzimas pertenecientes a la familia de las α-amilasas tienen múltiples aplicaciones en muchos contextos distintos: industriales, científicos y biotecnológicos, etc.
En las grandes industrias de procesamiento de almidón, las α-amilasas son popularmente empleadas para la producción de glucosa y fructosa, así como para la producción de pan con texturas mejoradas y con mayor capacidad de levado.
En el ámbito biotecnológico, existe mucho interés respecto al mejoramiento de las enzimas empleadas comercialmente, en aras de mejorar su estabilidad y rendimiento en diferentes condiciones.
Referencias
- Aiyer, P. V. Amylases and their applications. African Journal of Biotechnology.
- Bernfeld, P. Amylases, a and B. In Enzymes of Carbohydrate Metabolism.
- Svensson, B., & Macgregor, E. A. Relationship of sequence and structure to specificity in the a-amylase family of enzymes. Biochimica et Biophysica Acta.
- Thoma, J. A., Spradlin, J. E., & Dygert, S. Plant and Animal Amylases. Ann. Chem.