alfa-amylaza jest bardzo rozpowszechniona w przyrodzie i właściwie wystepuje we wszystkich królestwach u wszystkich organizmów, ponieważ skrobia jest głównym materialem zapasowym u roślin i stanowi źródło pokarmu dla większości ustrojów. Stąd enzymy amylolityczne a zwłaszcza α-amylaza są enzymami bardzo rozpowszechnionymi. Występującymi zarówno w świecie drobnoustrojów jak i u roślin i u zwierząt, a także u archea. Różnią się one właściwościami ale działają według wspólnego mechanizmu katalizy który został utrwalony jako najkorzystniejszy katalitycznie podczas ewolucji tych enzymów. Alfa-amylazy hydrolizują wiązanie glikozydowe α-1,4 w obu komponentach skrobi to znaczy i w amylozie i w amylopektynie. Działają nie tylko na nierozłożone wysokocząsteczkowe kompleksy ale mogą atakować pierwotne produkty rozkładu skrobi, przez te same czasteczki, czyli również rozmaite oligodekstryny. 

Domena katalityczna w alfa-amylazach jest to domena typu α,β-1,8- beczułki, a te enzymy należą do alfa – metylohydrolaz. W tej domenie złożonej z 8 helis i 8 odcinków faldowych,  można zauważyć ze szósta helisa ma charakter nieciągły składa się z 2 krótkich odcinków heliakalnych i polaczonych odcinkiem łańcucha polipeptydowego. Oczywiście w skład domeny katalitycznej wchodzi 8 odcinków beta-fałdowych. Po rozciągnięciu naprzemiennie ułożone są odcinki beta-fałdowe i alfa-helisy połączone pętlami. Najistotniejszą funkcję pełni pętla 3, łącząca 3 helisę i 3 odcinek beta-fałdowy. Jest ona stosunkowo długa, są w niej zlokalizowane reszty aminokwasów katalitycznych, tymi resztami są: 1 reszta kwasu glutaminowego i 2 reszty kwasu asparaginowego. Miejsce łączące substrat w tej domenie katalitycznej  w centrum katalitycznym ma również dość skomplikowaną strukturę. W miejscu wiążącym występuje 10 podmiejsc ponumerowanych od 0 do 9 i w tych podmiejscach wiążą się kolejne reszty glukopiranozy. 

Jest to sytuacja tego typu, że wiązany jest taki oligosacharyd zbudowany z 10 reszt glukopiranozy lub może to być część łańcucha amylozy czy amylopektyny i cięte jest wiązanie między resztami, które są wiązane w podmiejscach 6 i 7. Właśnie z takiej struktury miejsca wiążącego w centrum aktywnym wynika to, że alfa- amylaz hydrolizuje układ większych substratów. Hydrolizuje również oligodekstryny, ale o ile są one krótsze niż te 10 reszt, hydroliza zachodzi dużo wolniej. Wynika to z budowy miejsc wiążących.

Jak przebiega hydroliza wiązania α-1,4-glikozydowego? 

W przypadku alfa- amylazy z trzustki wieprzowej udział w reakcji bierze reszta kwasu asparaginowego nr 300 i  nr 197 oraz reszta kwasu glutaminowego nr 233. Jest istotnym dla przebiegu reakcji dla katalizy, łańcuch przeniesienia protonów, podobnie jak w proteinazach serynowych. Ostatnim składnikiem tego łańcucha jest reszta argininy. W przypadku alfa-amylazy trzustki wieprzowej reszta argininy nr 195. Obecna jest grupa guanidynowa i zawsze jest na końcu tego łańcucha przeniesienia protonów arginina, z tym że ten łańcuch jest krótszy lub dłuższy np. w trzustce wieprzowej obejmuje tyrozynę 62, kw. Asparaginowy 96 i aginine 195. Ten łańcuch przeniesienia protonów współdziała z jedną z reszt kwasu asparaginowego, która przekazuje w pewnym momencie proton. 

W reakcji uczestniczy od razu cząsteczka wody, ta cząsteczka wody jest połączona wiązaniem wodorowym z resztą kwasu glutaminowego. Następuje atak tlenu z cząsteczki wody na tlen interglikozydowy czemu towarzyszy przenoszenie atomów wodoru z argininy na kwas asparaginowy. Ten atom wodoru tworzy mostek wodorowy z tlenem pierścienia piranozowego, efekt jest taki że następuje przyłączenie tego atomu wodoru do pierścienia piranozowego, z równoczesnym otwarciem tego pierścienia i przyłączeniem grupy –OH do węgla C1 rozcinanego wiązania. W kolejnym etapie reakcji następuje rotacja wiązań w taki sposób, że grupa –OH przemieszcza się i może tworzyć mostek wodorowy z drugą cząsteczką kwasu asparaginowego. Jednocześnie zmienia się konformacja tych dwóch reszt glukopiranozy, skutek jest taki ze następuje pęknięcie wiązanie glikozydowego. Pierwszy produkt jest nadal połączony z kwasem asparaginowym nr 300 z tym, że po pęknięciu wiązania glikozydowego następuje utworzenie wiązania podwójnego pomiędzy węglem C1 a atomem tlenu który był tlenem intergliozydowym, natomiast drugi produkt reakcji poprzez mostek wodorowy pozostaje związany z resztą kwasu glutaminowego. 

W ostatnim etapie reakcji musi nastąpić zamknięcie pierścienia glukopiranozy. Ten atom wodoru pochodzący od uprotonowanej reszt kwasu asparaginowego zostaje przerzucony na tlen przy węglu C1, jednocześnie atom wodoru od tego tlenu w pierścieniu piranozowym zostaje przekazany na kwas asparaginowy i obydwa produkty reakcji odłączają się. Jest to mechanizm dość skomplikowany, wymaga udziału kilku reszt aminokwasowych, przy czym najważniejsze funkcje pełnia 3 reszty kwasowe: 2 kwasu asparaginowego i 1 kwasu glutaminowego. Cząsteczka wody działa tutaj jak nukleofil i od razu nie bierze udziału w reakcji, ponadto istotną rolę odgrywa łańcuch przeniesienia protonów. W trakcie tej reakcji zmienia się protonacja poszczególnych reszt katalitycznych.

Drugim enzymem jest beta-galaktozydaza. 

Jest to enzym rozkładający laktozę. Laktoza to 4-O-β-D-galaktopiranozyloglukopiranoza. Model beta-galaktozydazy na przykładzie E.coli (slajd). Jest to białko oligomeryczny najczęściej zbudowane z jednakowych podjednostek. Wszystkie one mają charakter katalityczny tzn. każda z nich katalizuje tą samą reakcję rozszczepiania laktozy. Rozszczepiają  nie tylko laktozę ale i β-D-galaktopiranozydy m.in. rozmaite oligosacharydy. Każda podjednostka zawiera 5 gelb ( nie jestem pewien) przy czym centralnie umieszczona domena to jest domena katalityczna która ma postać αβ-1,8-beczułki. 

Wszystkie domeny spełniają określone funkcje. Domena katalityczna- 8 helis stanowi otulinę zewnętrzną i 8 odcinków beta-fałdowych stanowi wyściółkę tak jak w alfa-amylazie. Mamy kieszeń katalityczną w której znajdują się aminokwasy biorące udział w katalizie są to: 2 reszty kwasu glutaminowego albo kwasu glutaminowego i asparaginowego, ważną rolę odgrywa również reszta tyrozyny i potrzebne są jeszcze jony magnezowe, które są skoncentrowane w centrum aktywnym. Co do działania beta-galaktozydazy są pewne kontrowersje tzn. zostały zaproponowane 2 mechanizmy działania, nie wiadomo który jest prawdziwy.

Pierwszy mechanizm zakłada on przekształcenie laktozy w allolaktozę. Tutaj powstaje taki pośredni produkt ułatwiający przerzucenie wiązania glikozydowego a 6 węgiel. Dobiero allolaktoza jest rozkładana z udziałem cząsteczki wody, odszczepia ona resztę glukozy z cząsteczki laktozy. W wyniku tej reakcji powstaje galaktozydowany enzym, podobnie jak w przypadku enzymów serynowych. 

I etap – reakcja estryfikacji

II etap- reakcja galaktozydacji enzymu

III etap – D-glikolizacja enzymu czyli odszczepienie cząsteczki galaktozy.

Uważa się że pierwszy etap odbywa się dzięki tworzeniu kompleksu przejściowego, w którym 2 reszty cukrowe tworzą układ typu sinklina-sinklina. W ten sposób są te reszty względem siebie ułożone co ułatwia przesunięcie wiązania glikozydowego. Tutaj mamy doczynienia z katalizą kwasowo-zasadową z elementami konformacyjnymi. 

Drugi mechanizm jest znacznie prostszy wykluczając utworzenie allolaktozy z tym że również zakładają udział w reakcji reszt kwasowych oraz reszty tyrozynowej i powstanie kowalencyjnego galaktozynowanego enzymu. 

Lubert Stryer, John L.Tymoczko, Jeremy M. Berg Biochemia PWN 2007

Semczuka Witolda Toksykologia Wydawnictwo Lekarskie PZWL Warszawa 1999 r.

Ptak Maria, Ptak Włodzimierz, Szczepanik Marian Podstawy immunologii PWN 2010

Lasek Witold Immunologia. Podstawowe zagadnienia i aktualności Wydawnictwo Naukowe PWN, 2009

H. Chapel; M. Haeney; S. Misbah; N. Snowden Immunologia kliniczna Redakcja naukowa wydania polskiego: Grzegorz Senatorski, 2009 

Red. Blanka Majda