Diastaas: amülaasid, tärklise lagundamine ja ajalugu

Diastaas ja amülaasid: tärklise lagunemine, avastus 1833, ensüümide roll ja ajalugu — põhjalik juhend tärklise biokeemiast ja selle rakendustest.

Diastaasid on rühm ensüüme, mis lagundavad tärklise suhkruks maltoos. Diastaas oli esimene avastatud ensüüm. Selle said 1833. aastal Prantsuse suhkruvabriku keemikud Anselme Payen ja Jean-François Persoz linnase lahusest.

Nimetus "diastase" tuleneb kreekakeelsest sõnast διάστασις (diastasis), mis tähendab eraldamist või lahknemist — viide sellele, et need ensüümid lõhustavad tärklise molekuli. Tänapäeval kasutatakse terminit diastaas sageli kitsa tähendusega ehk mis tahes α-, β- või γ- tüüpi amülaasile, mis suudab lõhustada tärklise glükosiidsidemeid.

Tüübid ja toimemehhanism

Peamised diastaaside klassid on:

• α-amülaas (EC 3.2.1.1) — lõhustab tärklise tõkestamata sisemisi α-1,4-glükosiidsidemeid, tekitades lühemaid dekstriine, maltotrioosi ja maltosi.
• β-amülaas (EC 3.2.1.2) — töötab tärklisel nonreduktiivsetest otstest, eemaldades järjest maltosiühikuid.
• γ-amülaas ehk glükoamülaas (EC 3.2.1.3) — lõhustab nii α-1,4- kui ka α-1,6-sidemeid ja vabastab glükoosi molekule.

Üldine keemiline reaktsioon, mille abil diastaasid hydrolyseerivad sidemeid, on järgmine:

A-B + H₂O → A-OH + B-H

Praktiliselt tähendab see, et ensüüm katalüüsib hüdrolüüsi — vesi lisandub glükosiidsidemele ja molekul lõhustub kaheks väiksemaks osaks. Mõned amülaasid töötavad sisemiselt (endoglükaasid), teised eemaldavad ühikuid otstest (eksoglükaasid).

Esinemine ja bioloogiline roll

• Taimes: β-amülaas on oluline idanevatesse seemnetes — see vabastab tärklisest energiaid idule.
• Seentes ja bakterites: paljud mikroorganismid toodavad amülaase, mida kasutatakse looduslikus tärklise lagundamises ja tööstuslikes protsessides.
• Loomas: inimestel on salvi- ja pankrease-amülaas, mis algatavad süsivesikute seedimist suus ja peensooles.

Faktorid, mis mõjutavad aktiivsust

• Temperatuur: igal amülaasil on optimaalne temperatuur (inimese α-amülaas ~37 °C; mõningad tööstuslikud bakteriaalsed amülaasid on stabiilsed kõrgetel temperatuuridel).
• pH: salviamülaas töötab neutraalses-kergelt leeliselises vahemikus; tööstuslikud ja seente amülaasid võivad eelistada happelist pH.
• Inhibiitorid ja ensüümide allasurumine: raskemetallid, kõrged soolad, pH-extreemid ja lõppproduktid võivad ensüümiaktiivsust vähendada.

Mõõtmine ja tähendus tööstuses

Diastaasiaktiivsust hinnatakse mitmete meetoditega, olenevalt rakendusest:

• Diastaalne võimsus / diastatic power — oluline näitaja linnases ja jahus, mis näitab, kui hästi suudetakse tärklis lagundada. See väljendatakse erinevate ühikute (nt °Lintner) abil.
• Falling number (Hagberg–Perten) test — mõõdab alfa-amülaasi mõju pastataolisele segule ja on kasutusel nisu kvaliteedi hindamisel (sproutingu tuvastamine).
• Redutseerivate suhkrute määramine (DNS või Nelson–Somogyi meetodid) — mõõdetakse vabanenud redutseerivate suhkrute hulka tärklise lagunemisel.

Rakendused

Diastaasid on olulised mitmes tööstusharus ja igapäevaelus:

• Õlle- ja viskitööstus — linnase amülaasid lagundavad tärklise, et toota käärimiseks sobivaid suhkrulahuseid.
• Leivatööstus — diastaasid parandavad taina kergitamist, lagundades osa tärklisest suhkruks, mida pärm saab kasutada.
• Suhkru- ja siirupitootmine — tärklise lagundamine jahvatamiseks ja maltoos/ glükoosi tootmiseks.
• Pesuvahendites ja tekstiilitööstuses — amülaasid aitavad eemaldada tärklisjääke ja toimeained töödeldakse sageli suure kuumuse ja pH juures.
• Toidu seedimine ja tervishoid — inimese amülaasid on esmast tähtsust süsivesikute seedimisel ja glükoositaseme reguleerimisel.

Nimi ja terminoloogia

Järelliide -aas (-ase eesti keeles) ensüümide nimetustes on tuletatud sõnast diastaas, sest diastaas oli üks esimesi kirjeldatud ensüüme. Hiljem hakati seda vormi üldiselt kasutama (näiteks amülaas, lipaas, proteaas).

Lühike ajalooline märkus

Diastaasi avastus 1833. aastal oli tähtis samm biokeemia ajaloos — see näitas, et ainevahetuses osalevad spetsiifilised bioloogilised ained (ensüümid). Hiljem, 19. sajandi lõpus, sai sõnast „ensüüm“ üldine termin protsesside katalüüsimiseks bioloogiliste molekulide poolt (sõna populariseeris muuhulgas Wilhelm Kühne).

Kokkuvõtlikult: diastaasid/amülaasid on tärklise lagundamisel keskse tähtsusega ensüümid, millel on nii looduslikud kui ka ulatuslikud tööstuslikud rakendused. Nende omadused — optimaalsed pH, temperatuur ja spetsiifilisus — määravad, kus ja kuidas neid kõige paremini kasutada.

Küsimused ja vastused

K: Mis on diastaasid?

K: Kes avastas esimese ensüümi, diastaasi, ja kust see leiti?

K: Mida tähendab sõna "diastaas"?

K: Mida tähendab diastaas tänapäeval?

K: Kust pärineb ensüümide nimetamisel tavaliselt kasutatav järelliide -aas?

K: Milline on üldine diastaasi poolt katalüüsitav reaktsioon tärklise lagundamiseks?

K: Miks on diastaas oluline?

Otsing