Фермент альфа-амилаза широко распространен в клетках микроорганизмов. Альфа-амилаза беспорядочно гидролизует альфа-1,4-глюкозидные эндосвязи в амилозе, амилопектине и гликогене, но в разветвленных полимерах фермент эти связи не атакует. Свойства и механизм действия альфа-амилаз зависят от источника фермента. Все альфа-амилазы относятся к ферментам с эндогенным механизмом воздействия на субстрат и вызывают его деградацию, о чем свидетельствует быстрое изменение окраски иода. Воздействие альфа-амилазы приводит к резкому уменьшению вязкости крахмальных растворов. Продуктами первой стадии гидролиза амилозы альфа-амилазой являются мальтоза, мальтотриоза и другие олигосахариды. Дальнейший гидролиз низкомолекулярных декстринов и особенно мальтотриозы проходит медленнее, так как эти субстраты менее специфичны для альфа-амилазы. Гидролиз амилопектина приводит к накоплению в реакционной среде низкомолекулярных разветвленных предельных альфа-декстринов, в состав которых входят 4 и более глюкозидных остатков, соединенных альфа-1,6-связями, а также мальтозы и глюкозы. Помимо воздействия на амилопектин и гликоген, альфа-амилаза на второй стадии гидролиза расщепляет мальтотриозы, а также осуществляет медленный гидролиз специфических связей альфа-предельных декстринов вблизи точек разветвления; так, например, происходит гидролиз 63-альфа-мальтотркозилмальтотетраозы до 63-альфа-гликозилмальтотетраозы и мальтозы. Альфа-амилазы различного происхождения образуют различные альфа-предельные декстрины. При действии альфа-амилазы на амилопектин помимо одноразветвленных альфа-предельных декстринов велика вероятность образования некоторого количества декстринов, имеющих несколько точек разветвления. В таких реакциях изомальтоза не образуется , так как альфа-1,6-связи обладают почти такой же устойчивостью к действию альфа-амилаз, как и а-1,4-связи вблизи точек разветвления. Образование фермент-субстратных комплексов вблизи а-1,6-связей, вероятно, не происходит, или они разрушаются. При действии на субстрат разжижающей альфа-амилазы Bacillus amyloliquefaciens обычно образуются бета-предельные декстрины, имеющие одно разветвление и содержащие не более 9 глюкозидных единиц. Была определена структура одного из таких декстринов, состоящих из отдельных фрагментов – гептоз с одиночной разветвленной связью. Это соединение из шести одноразветвленных в различных точках гептаоз, причем все они содержат 62-альфа-мальтозилмальтотриозные единицы. Отличаются они только по способу связи: либо это альфа-1,4-глюкозидная связь двух глюкозидных остатков, либо это связь одного мальтозного остатка внутри декстрина.
Предельные декстрины с двумя разветвлениями образуются при осахаривании субстрата альфа-амилазой Bacillus subtilis. Все они содержат остатки 63-альфа-глюкозилмальтотриозы на редуцирующем конце и остатки изомальтозы со стороны нередуцирующего конца. Были выделены два прочносвязанных декстрина, содержащие девять и десять глюкозидных остатков. Оба они представляли собой соединение четырех низкомолекулярных декстринов с разветвлениями в трех точках, содержащих 63- и (или) 62-альфа-глюкозилмальтотриозные единицы.
В связи с широким использованием препаратов, в том числе и в промышленных масштабах, альфа-амилазы различного происхождения подвергаются глубокому исследованию. Род Bacillus – один из наиболее важных бактериальных источников фермента.
Специфичность действия глюкозы (а), бета –амилазы (б) и альфа-амилазы (в) на молекулу крахмала
Ферменты как биокатализаторы обладают рядом уникальных свойств. Это прежде всего их необычайная каталитическая активность: добавка незначительного количества фермента (10 — 10 моль) может ускорить катализируемую реакцию более чем в 10 раз. Другое важное свойство ферментов – избирательность действия. В ряде случаев ферменты обладают абсолютной специфичностью, катализируя превращение только одного вещества.
Действуя на целое крахмальное зерно, альфа – амилаза атакует его, разрыхляя его поверхность и образуя каналы и бороздки, как бы раскалывая зерно на части. Клейстеризованный крахмал гидролизуется ею с образованием неокрашиваемых йодом продуктов – в основном низкомолекулярных декстринов.
Процесс гидролиза крахмала многостадийный. В результате воздействия альфа – амилазы в гидролизате на первых стадиях процесса накапливаются декстрины, а затем появляются неокрашивающиеся йодом тетра – и тримальтоза, которые очень медленно гидролизуются альфа – амилазой до ди – и моносахаридов.
Альфа — амилазы различного происхождения значительно отличаются друг от друга по скорости гидролиза крахмала и гликогена, составу конечных продуктов ферментативного гидролиза и скорости осахаривания декстринов, по стабильности оптимальной температуры и величины рН. Но всех их объединяет способность неупорядоченно гидролизовать связи крахмала, проявляя наименьшее сродство к концевым связям, в результате чего резко снижается вязкость клейстера и образуется большое количество низкомолекулярных декстринов (альфа – декстрины) и при более глубоком гидролизе некоторыми амилазами микробного происхождения – немного мальтозы и глюкозы. Поэтому часто амилазы этого типа называют декстринирующими или разжижающими.
Автор статьи: ст. гр. БТ, УГХТУ, Кириченко К.
На фото культура Bacillus subtilis.