Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Alfa-amilasi


Molecola del Mese di Febbraio 2006

Alfa-amilasi
Il glucosio è la principale fonte di energia del nostro corpo, ma nel cibo che assumiamo il glucosio libero è relativamente raro. Di solito fa parte di molecole più grandi, come lattosio e saccarosio che sono formate da due zuccheri legati insieme, oppure si trova in molecole molto lunghe come amido e glicogeno che sono formate da catene di molecole di glucosio. Uno dei compiti principali della digestione è proprio quello di rompere queste catene per liberare le singole unità di glucosio che vengono poi trasportate dal flusso sanguigno alle cellule di tutto il corpo.

Digerire l'Amido
L'alfa-amilasi è l'enzima che utilizziamo nel processo di digestione dell'amido. Prende le catene di amido e le rompe in pezzi più piccoli formati da due o tre unità di glucosio. Nel nostro corpo produciamo due amilasi simili, la prima, chiamata ptialina, è secreta con la saliva e comincia a rompere i grani di amido durante la masticazione, l'altra amilasi è secreta dal pancreas e riversata nell'intestino dove completa il lavoro cominciato dalla prima. Infine, i piccoli frammenti prodotti dalle amilasi vengono ulteriormente tagliati, fino a liberare le singole unità di glucosio, per opera di un insieme di enzimi secreti dalle pareti dell'intestino.

Amilasi in Azione
Dato che deve operare nell'ambiente ostile dell'intestino, l'amilasi è un enzima piccolo e stabile, capace di resistere a condizioni sfavorevoli. L'amilasi mostrata qui (file PDB 1ppi) è prodotta dal pancreas di maiale. E' ben visibile una piccola catena di cinque zuccheri (gialla) legata nel sito attivo dell'enzima che si trova in una tasca della proteina. Le strutture delle due amilasi umane sono molto simili e sono disponibili nei file PDB 1smd e 1hny.
Cercando nel PDB, si possono trovare anche molte strutture di amilasi di batteri e di piante.


Una Potenza Industriale
L'alfa-amilasi è usata in grandi quantità nella produzione industriale di sciroppo di mais, una miscela di zuccheri prodotta dal mais che è simile per gusto e potere dolcificante al saccarosio ottenuto dalle barbabietole da zucchero o dalla canna da zucchero. Il processo si svolge in tre fasi, ed impiega tre diversi enzimi.
L'amilasi realizza il primo passaggio per rompere le catene di amido in piccoli frammenti. Di solito si utilizzano amilasi batteriche, come quella mostrata qui sopra a sinistra (file PDB 2taa), perchè sono facili da ottenere in grandi quantità.
Il secondo passaggio è realizzato dalla glucoamilasi di fungo, mostrata qui sopra al centro (file PDB 1dog). Questa rompe le piccole catene formate nella prima fase liberando le singole unità di glucosio. Sfortunatamente, il glucosio non ha un gusto particolarmente dolce, per questo è necessario un ulteriore trattamento.
Il terzo e ultimo passaggio è realizzato dalla glucosio isomerasi mostrata qui sopra a destra (file PDB 4xia). Questo enzima converte una parte del glucosio in fruttosio, creando una miscela dal gusto molto più dolce che viene usata per dolcificare una grande varietà di prodotti, dalle bevande analcoliche alle barrette energetiche.
Comunque, questo dolcificante economico e abbondante ha anche delle controindicazioni: basta una rapida ricerca in rete per rendersi conto delle polemiche sul ruolo dello sciroppo di mais nell'obesità e nel diabete.




Esplorando la Struttura
Il sito attivo dell'alfa-amilasi contiene una terna di amminoacidi acidi che svolgono la maggior parte del lavoro. Nell'amilasi mostrata qui sopra (file PDB 1ppi) questi amminoacidi sono il glutammato 233, l'aspartato 197, e l'aspartato 300 (in bianco e rosso) che lavorano insieme per tagliare il legame tra due zuccheri nella catena di amido. Questa struttura contiene anche una corta catena di cinque unità di glucosio (gialla) legata nel sito attivo. Il punto che verrà tagliato è evidenziato in arancione. Un ione calcio, sfera grigia, si trova lì vicino e stabilizza la struttura dell'enzima. Un ione cloruro, sfera verde, è legato sotto al sito attivo, e aiuta la reazione.

Bibliografia

E. A. MacGregor, S. Janecek and B. Svensson (2001) Relationship of sequence and structure to specificity in the alpha-amylase family of enzymes. Biochimica et Biophysica Acta 1546, 1-20.

J. E. Nielsen and T. V. Borchert (2000) Protein engineering of bacterial alpha-amylases. Biochimica et Biophysica Acta 1543, 253-274.