Diastāze — enzīmu grupa (amilāzes): cietes šķelšana, vēsture un nozīme
Diastāze un amilāzes: cietes šķelšana, vēsturiska atklājuma stāsts (1833), enzīmu darbības princips un nozīme pārtikas rūpniecībā un biotehnoloģijā.
Diastāzes ir enzīmu grupa, kas šķeļ cieti par cukuru maltozi. Diastāze bija pirmais atklātais ferments. To 1833. gadā no iesala šķīduma ieguva Francijas cukura fabrikas ķīmiķi Anselms Pjēns un Žans Fransuā Pērs. Šī atklāšana atzīmēja sākumu fermentu pētījumiem un enzimoloģijas attīstībai.
Nosaukums "diastāze" cēlies no grieķu valodas vārda διάστασις (diastāze), kas nozīmē šķelšanos vai atdalīšanos. Sākotnēji ar diastāzi apzīmēja maltāzes aktivitāti iesalā, bet mūsdienās ar šo terminu bieži apzīmē jebkuru α-, β- vai γ-amilāzi (t.i., dažādas amilāzes), kas var sašķelt ogļhidrātus.
Veidi un katalītiskā darbība
Diastāzes ietver vairākas amilāžu klases; svarīgākās ir:
- α-amilāze (EC 3.2.1.1) — parasti endo‑amilāze, kas šķeļ α-1,4-glikozidiskās saites cietes iekšienē, veidojot oligosaharīdus un maltozi. To ražo dzīvnieku siekalu un aizkuņģa dziedzeri, kā arī mikroorganismi un augi.
- β-amilāze (EC 3.2.1.2) — exo‑amilāze, kas no ne-reaktīvās (non-reducing) galas atdala divu glikozes vienību disaharīdu maltozi; plaši sastopama augos, īpaši dzimušos sēklās (iesalā).
- Glucoamilāze (bieži saukta par γ-amilāzi) (EC 3.2.1.3) — exo‑enzīms, kas pa vienai atdala glikozes molekulas, šķeļot gan α-1,4, gan dažos gadījumos arī α-1,6 saites, tādēļ produkts ir glikoze.
Amilāžu darbība balstās uz hidrolīzi — ūdens molekula (H₂O) piedalās glikozidisko saišu šķelšanā. Katalītiskā mehānisma detaļas (piem., katalītiskie aminoskābju atlikumi, pH optima un temperatūras stabilitāte) atšķiras starp amilāzēm un to avotiem.
Reakcijas mehānika
Cietes šķelšana notiek pēc vispārējas diastāzes katalizētas reakcijas:
A-B + H2O → A-OH + B-H
Šajā vienādojumā A-B apzīmē glikozidisko saiti starp cukura vienībām. Enzīms orientē substrātu un aktivizē ūdeni, lai tas veiktu nukleofīlisku uzbrukumu un šķeltu saiti, parasti izmantojot skābes/bāzes katalīzi no noteiktiem aminoskābju atlikumiem aktīvajā centrā.
Bioloģiskā un klīniskā nozīme
- Dzīvniekiem amilāzes (piem., mutes un aizkuņģa dziedzera α-amilāze) ir svarīgas ogļhidrātu sagremošanai — tās sākšķeļ cieti jau mutē un turpina darbību zarnu traktā.
- Augiem β-amilāzes aktivizējas sēklu dīgtšanas laikā, lai rezervētā ciete tiktu pārvērsta par cukuriem, kas baro augšanas procesus (šis princips izmantojams iesalā alus ražošanā).
- Medicīnā asinīs un urīnā mērītas amilāzes koncentrācijas lieto kā diagnostisku rādītāju, piemēram, aizkuņģa dziedzera iekaisuma (pankreatīta) gadījumā.
Rūpnieciskie pielietojumi
Diastāzēm ir plašs praktisks pielietojums:
- Alu un iesala ražošana — iesala diastāze pārvērš cieti fermentējamos cukuros.
- Maizes cepšana — amilāzes uzlabo mīklas struktūru un cukuru pieejamību rauga darbībai.
- Šķīdumu un sirupu ražošana (piem., maltozes un glikozes ražošana) — glukoamilāze izmantojama līdz galīgai glikozes ražošanai.
- Bioetanola un biotehnoloģiju rūpniecība — cietes sakārtošana fermentācijai.
- Mazgāšanas līdzekļi — amilāzes pievieno enzīmu formulām, lai noārdītu cieto traipu (piem., pārtikas paliekas).
- Farmācija un diagnostika — enzīmu preparāti, amilāzes testi un standardizētas aktivitātes mērījumi.
Terminoloģija un nosaukumu ietekme
Enzīmu nosaukšanai parasti lietotais piedēklis -āze tika atvasināts no nosaukuma diastāze. Mūsdienās šo beigu daļu izmanto, nosakot daudzu fermentu nosaukumus (piem., laktāze, proteāze, lipāze).
Kopumā diastāzes (amilāzes) ir fundamentāli svarīgas gan dabā — ogļhidrātu vielmaiņā un sēklu dīgtšanā —, gan rūpniecībā un medicīnā. To īpašības (pH un temperatūras optima, substrāta selektivitāte, termostabilitāte) nosaka piemērotību konkrētiem pielietojumiem, un mūsdienās tiek aktīvi pielietotas ģenētiski modificētas un fermentu sajaukumu tehnoloģijas to efektivitātes palielināšanai.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir diastāzes?
A: Diastāzes ir enzīmu grupa, kas šķeļ cieti cukurā maltozē.
J: Kas atklāja pirmo enzīmu diastāzi un kur to atrada?
A: Francijas cukura fabrikas ķīmiķi Anselms Pjēns (Anselme Payen) un Žans Fransuā Persozs (Jean-François Persoz) 1833. gadā atklāja diastāzi no iesala šķīduma.
J: Kāda ir vārda "diastāze" nozīme?
A: Vārds "diastāze" cēlies no grieķu vārda διάστασις (diastasis), kas nozīmē šķelšanos vai atdalīšanos. Fermenti vienkārši sadala cietes molekulu.
J: Ko diastāze nozīmē mūsdienās?
A: Mūsdienās diastāze nozīmē jebkuru α-, β- vai γ-amilāzi, kas var sašķelt ogļhidrātus.
Jautājums: No kurienes enzīmu nosaukumos parasti lieto piedēkli -āze?
A: Enzīmu nosaukšanai plaši lietotā piedēklis -āze ir atvasināts no nosaukuma diastāze.
J: Kāda ir vispārējā diastāzes katalizētā reakcija cietes sadalīšanai?
A: Vispārējā diastāzes katalizētā reakcija cietes sadalīšanai ir šāda: A-B + H2O → A-OH + B-H.
J: Kāpēc diastāze ir svarīga?
A: Diastāze ir svarīga, jo tā šķeļ cieti par maltozi, ko organisms izmanto kā enerģijas avotu. To izmanto arī pārtikas rūpniecībā alus, vīna un citu raudzētu produktu ražošanā.
Meklēt