α-淀粉酶

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α-淀粉酶的来源极为广泛，不同来源的酶具有 不同性质，不同性质的酶具有不同的用途。黑 曲霉酸性α-淀粉酶适用于制造助消化的药物。 米曲霉的α-淀粉酶耐热性较差，用于面包工业。 糖化型细菌淀粉酶因为产物具有较多的麦芽糖， 可以制造低DE值糖浆。耐热性强的细菌淀粉酶 由于液化完全，用酶量少，操作较容易，适用 于淀粉液化几面不退浆，酶法生产葡萄糖以及 石油压裂。归纳起来，α-淀粉酶己在食品工业， 纺织工业，洗涤剂，石油工业，医药工业等领 域广泛使用，α-淀粉酶己经成为产量最大的酶 类之一。
学生：聂瑞红
淀粉酶又称糖化酶，广泛存在于植物(如大麦、山芋、 大豆等)及一些微生物中。按照结构的差异，可将其 分成α、β型两大类。淀粉在生物体内是作为能源和 碳链骨架的来源，植物和光合微生物如蓝藻、真菌 等可直接利用光合作用合成并把它储存在体内，动 物和非光合微生物，如细菌，只能利用现成的淀粉。 为了利用淀粉，生物必须具有能催化α-1,4糖苷键的 淀粉酶(amylase)。 α-淀粉酶是一类用途十分广泛的酶，粮食加工、食 品工业、酿造、发酵、纺织品工业和医药行业都经 常使用[3]。α-淀粉酶(Ec.3.2.1.1)作用淀粉时可从分 子内部切开α-1,4糖苷键，而生成小分子糊精和还原 糖，产物末端葡萄糖残基C1碳原子为α-构型，故称 α-淀粉酶。
按照使用条件可以分为中温型，高温型， 耐酸耐碱型.按产生菌不同可以分为细菌、 真菌、植物和动物淀粉酶。按产物不同可 将其分为糖化型和液化型两种，液化型α-淀 粉酶能将淀粉快速液化，其终产物为寡聚 糖和糊精，而糖化型α-淀粉酶有较强的酶切 活性，在水解可溶性淀粉时，随解时间的 延长而产生寡聚糖，麦芽糖直至葡萄糖。 BF-7658是细菌α-淀粉酶的代表，米曲酶是 真菌α-淀粉酶的代表。
具有淀粉结合位点(SBD)的α-淀粉酶的三维模型图
关于结构和功能的研究，许多科技工作者通过截短N端 和C端来研究其功能的变化。有许多α-淀粉酶C端被截短 的报道。1996年日本的MASAHIRO TAKAGI[24]等人通过 将α-淀粉酶的C端非催化位点截去不同大小片断，惊奇 的发现其最适pH值发生变化而酶活并没有发生变化，这 说明C端某些区域可能与pH值的稳定性有关。 大量的研究表明一些C端截短酶保持与原来的酶同样的 淀粉水解活力一些截短酶提高了酶活性，一些截短酶提 高了热稳定性，也有截短后失去热稳定性或热稳定性降 低的报道，还有一些截短酶失去了原有的吸附和水解生 淀粉的能力，这些研究都再一次证实了α-淀粉酶的N端 具有主要活性功能区，而C端与酶的热稳定性或(和)底物 结合特性有关。
水解淀粉的酶类主要有α-淀粉酶家族 (EC3.2.1.1)，β-淀粉酶家族(EC3.2.1.2)，葡 萄糖糖化酶(EC 3.2.1.3)，异淀粉酶 (EC3.2.1.68)，环式糊精糖化酶(EC 2.4.1.19) 等，其中大部分淀粉水解酶都属于α-淀粉酶 家族。需要指出的是α-淀粉酶与α-淀粉酶家 族是不等同的概念。通常将作用于α-糖基键 连接的葡萄糖聚糖，并且作用后能保持葡 萄糖残基的C1碳原子为α-构型的酶类都归为 α-淀粉酶家族。
α-淀粉酶在结构上的相似性使人们相信它们具有相似的 催化机制。McCarter、Davies均提出α-淀粉酶的催化过 程包括三步，共发生2次置换反应。第一步，底物某个 糖残基要先结合在酶活性部位的-1亚结合位点，该糖基 氧原子被充当质子供体的酸性氨基酸(如Glu)所质子化;第 二步，-1亚结合位点的另一亲核氨基酸(如Asp)对糖残基 的Cl碳原子进行亲核攻击，与底物形成共价中间物，同 C 时裂解Cl-OR键，置换出底物的糖基配基部分;第三步， 糖基配基离去之后，水分子被激活(可能正是被刚去质 子化的Glu所激活)，这个水分子再将Asp的亲核氧与糖残 基的C1之间的共价键Cl-Asp水解掉，置换出酶分子的Asp 残基，水解反应完成。在第二次置换反应中，如果进攻 基团不是水分子，而是一个带有游离羟基的糖(寡 糖)ROH，那么酶分子的Asp残基被置换出后，就发生了 糖基转移反应而非水解反应。
α-淀粉酶是一种在葡萄糖生产、啤酒酿造、酒精工业、发酵以 及纺织等许多行业中应用最为广泛的酶之一，使得α-淀粉酶的 研究成为酶类研究中最活跃的领域之一。虽然α-淀粉酶发现 (1833年)至今己有将近200年的历史，但其结构与功能的关系 至今并未完全阐明。 随着基因重组技术的发展，及工业中对α-淀粉酶的大量需求， 使得α-淀粉酶的研究再次成为国内外学者研究的热点。许多不 同来源的α-淀粉酶的基因相继进行了克隆、表达和酶学性质研 α究，为我们提供了大量的关于α-淀粉酶的资源。尤其是近年来 随着蛋白质结构和功能预测技术不断发展和日趋成熟，其在酶 工程领域的广泛应用为从基因水平上研究α-淀粉酶开辟了新的 道路。通过同源建模，结构与结构对比等方法，己经得到了一 些关于α-淀粉酶结构方面的研究成果。 α-淀粉酶结构与功能关系的研究具有重要的意义，不仅能为我 们阐明α-淀粉酶的基因结构提供重要的理论基础，而且还能为 利用定向进化技术对α-淀粉酶进行优化，使之更符合不同行业 对其应用的要求提供理论依据。
α-淀粉酶是较早发现并应用于工业的重要的 酶类之一，也是酶学研究中最活跃的领域 之一。α-淀粉酶的广泛存在于动物界(唾液， 胰脏)植物界(麦芽，果实)和微生物界，但大 多数由微生物发酵产生。产α-淀粉酶的微生 物有:原核微生物:枯草杆菌、地衣芽抱杆菌、 嗜热脂肪芽抱杆菌、黄单胞菌等;真核微生 物:米曲霉、黑曲霉、拟内抱霉等。一些淀 粉酶也可以从植物和动物中提取。
在米曲霉的Taka-淀粉酶A(TAA)中，在活性部 位发现有三个酸性氨基酸残基，Asp206， Glu230，Asp 297，定点突变研究发现它们 是催化所必需的氨基酸。研究发现TAA中这 三个催化所必需的氨基酸在其它的α-淀粉酶 以至于α-淀粉酶家族中也是共有的。
Tonozaka(1993)通过对不同来源的37个α-淀粉酶基因分支酶基因，异 淀粉酶基因等进行同源序列的比较，微生物与动物和植物产生的α-淀 粉酶的氨基酸序列之间的同源性不超过10%，但发现这些淀粉酶有 ABCD四个区域有高度的保守性，推测这些保守区域与其底物的结合 或催化中心有关。 尽管不同来源的α-淀粉酶在氨基酸序列上是不同的，但它们却共同拥 有相同的基本次级结构，如(β/α)8结构(亦称之为TIM－桶)——由8个螺 旋包围8个β-折叠组成的筒状结构。该结构被认为具有催化能力的结 构。 YJanec k，S.通过对α-淀粉酶家族研究发现大部分α-淀粉酶除了含有 八个(β/α)桶状结构的催化中心(domain A)外，还包括domains B、C和 D。其中domain B具有三个β折叠和三个α螺旋，长度和结构随来源的 不同而变化。Domain C区是催化区域后面的区域，主要由β折叠组成， 该区被认为有保护催化中心疏水氨基酸的稳定性的作用。 另外，有一些α-淀粉酶包含一个没有催化功能的淀粉结合位点(starchbinding domain)。 此外，几乎所有α-淀粉酶都是金属酶，每个酶分子至少含有一个钙离 子，钙离子使酶分子保持适当的构象，从而维持其最大的活性和稳定 性。