Isoamylase

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Einführung

Isoamylase ist ein Enzym mit dem systematischen Namen Glykogen-6-alpha-D-Glucanohydrolase. Dieses Enzym katalysiert die folgende chemische Reaktion: Hydrolyse der (1->6)-alpha-D-glucosidischen Verzweigungsbindungen in Glykogen, Amylopektin und deren Beta-Limit-Dextrinen.

Funktionen

Isoamylase hydrolysiert ausschließlich die α-1,6-glykosidische Bindung an der Verzweigungsstelle von Glykogen oder verzweigter Stärke, spaltet dabei den gesamten Seitenast ab und bildet linear aufgebaute Stärke unterschiedlicher Kettenlänge. Die Charakteristika der Isoamylasewirkung auf das Substrat lassen sich anhand der Produkteigenschaften nach der Umsetzung von Klebreisstärke bestätigen. Bei Einwirkung auf Klebreisstärke führt die Entzweigungsreaktion dazu, dass sich die Iod-Farbreaktion von Rot zu Blau verändert, die Reduktionskraft zunimmt, in Butanol eine Ausfällung auftritt, die Stärkelösung leichter altert (Retrogradation) und die Eigenschaften linearer Stärke in Erscheinung treten. Ein auffälliges Phänomen bei der kombinierten Anwendung von Isoamylase mit anderen Amylasen ist, dass dadurch eine vollständige Verzuckerung der Stärke erreicht wird.

Entdeckung

Isoamylase wurde bereits 1940 in Hefeextrakten entdeckt; die enzymatischen Eigenschaften der Isoamylase sind jedoch seit geraumer Zeit bekannt. Das Enzym interagiert mit Klebreisstärkelösungen und kann eine Trübung verursachen. Nach einigen Tagen entsteht ein weißer Niederschlag, der sich bei Reaktion mit Iod allmählich blau färbt. Diese Veränderung der Iodreaktion ist entgegengesetzt zu der Veränderung bei der Zersetzung von Stärke durch Säure und Amylase u. a. Daher wurde dem Enzym fälschlicherweise eine stärke-synthetisierende Funktion zugeschrieben und es wurde als Stärkesynthase bezeichnet. Später, mit dem Fortschritt der Stärkekunde, wurde die Amylasewirkung besser verstanden. Es wurde erkannt, dass die oben beschriebene Farbänderung der Iodreaktion mit den Eigenschaften von verzweigter und linearer Stärke zusammenhängt und dass die sogenannte Stärkesynthase tatsächlich ein Enzym ist, das die „6“-glykosidische Bindung spaltet. Dieses Enzym wurde daraufhin in Isoamylase umbenannt.

Verbreitung

Isoamylase ist in der Natur weit verbreitet. In Pflanzen kommt Isoamylase in Reis, Ackerbohnen, Kartoffeln, Malz und Zuckermais vor. In Leber und Muskulatur höherer Tiere finden sich ebenfalls Enzyme, die ähnlich wie Isoamylase die α-1,6-glykosidische Bindung spalten. Zahlreiche Mikroorganismenstämme können Isoamylase produzieren. Neben Hefen wurde die Produktion von Isoamylase bei vielen Bakterien sowie bei einigen Actinomyceten nachgewiesen. Darüber hinaus ist bekannt, dass Isoamylasen unterschiedlicher Herkunft hinsichtlich ihrer Substratspezifität variieren.

Anwendungen

Die Hauptanwendung von Isoamylase liegt in der Spaltung verschiedener verzweigter Polysaccharide und von Thrombomycin. Bis in die 1970er-Jahre wurde der Einsatz von Isoamylase auf unterschiedliche Bereiche der Stärke-Tiefverarbeitung ausgeweitet, etwa auf Stärkesirup sowie die Bier- und Alkoholherstellung, und verlagerte sich schrittweise vom Labormaßstab in den industriellen Maßstab. In der Stärkeverarbeitung kann Isoamylase in Synergie mit Glycosylase den Verzuckerungsprozess beschleunigen und die Verzuckerungsrate erhöhen; in Kombination mit β-Amylase kann sie die Maltoseausbeute deutlich steigern und ist daher als Entzweigungsamylase stark nachgefragt. Derzeit wird sie erfolgreich bei der Herstellung von Glukosesirup mit hohem Glukosegehalt, Maltosesirup mit hohem Maltosegehalt sowie in der Bierproduktion eingesetzt.