La maltasa es una enzima que cataliza la hidrólisis de la maltosa (disacárido) en las dos glucosas simples que la componen. En los seres humanos se encuentra presente en el intestino delgado y juega un papel fundamental en la digestión. Pertenece a la familia de las disacaridasas, enzimas encargadas de hidrolizar los disacáridos en los monosacáridos que los forman.
La digestión del almidón requiere seis enzimas intestinales, de las cuales dos son α-amilasas. Las cuatro restantes se han identificado como maltasas, exoglucosidasas unidas a la superficie luminal de los enterocitos. miniaturadeimagen|Maltosa En la mayoría de los casos es equivalente decir alfa-gluosidasa a maltasa, pese a que el término "maltasa" pone énfasis en la naturaleza del disacárido del sustrato del cual se esconde la glucosa, mientras que "alfa-glucosidasa" enfatiza en el enlace sin importar el tamaño del glúcido.
Nomenclatura y clasificación La maltasa pertenece a la familia de las α-glucosidasas (esenciales para descomponer el glucógeno en glucosa), y se encuentra en el borde en cepillo de las microvellosidades intestinales del intestino delgado. Puesto que la maltasa cataliza la digestión de oligosacáridos de almidón lineales (sin ramificaciones α(1→6)) para obtener glucosa, también se las conoce como α-glucosidasas; aunque también hay ciertas maltasas como la sacarasa-isomaltasa que son capaces de romper estos enlaces α(1→6) para hacer más lineales las moléculas y permitir la degradación de las maltasas-glucoamilasas.
Maltasa-glucoamilasa Juega un papel crucial en la digestión del almidón. Gracias a esta enzima el ser humano es capaz de digerir almidones de origen vegetal, ya que degrada los enlaces o glicosídicos α(1→4), que son los más lineales y de esta manera a partir de grandes polisacáridos se obtienen unidades de glucosa que son vitales en el metabolismo humano.
Sacarasa-glucoamilasa Es esencial para la digestión de carbohidratos, incluidos el almidón, la sacarosa y la isomaltosa. Trabaja junto con la maltasa-glucoamilasa para degradar polisacáridos grandes, concretamente se encarga en catalizar la hidrólisis de los enlaces α(1→6) que puedan haber.
Alfa-amilasa 1 Su función es escindir los enlaces α-glucosidasa en los oligosacáridos y polisacáridos que forman el compuesto para que el resto de enzimas puedan catalizar otras reacciones. Así como las demás enzimas actúan sobre disacáridos o oligosacáridos, en primer lugar es vital la escisión de las macromoléculas en moléculas más pequeñas que puedan ser degradadas por las otras enzimas.
Estructura miniaturadeimagen|420x420px|Representación esquemática de la estructura de la sacarasa-isomaltasa (a) y la maltasa-glucoamilasa (b), unidas a las células cepillo del intestino.miniaturadeimagen|454x454px|Aproximación de la estructura tridimensional de la maltasa. La maltasa o α-glucosidasa pertenece al familia GH13 de enzimas intestinales que actúan sobre sustratos con enlaces alfa-glicosídicos. Los siguientes genes pueden codificar para la maltasa:
La maltasa-glucoamilasa (codificada en humanos por el gen MGAM) es una enzima digestiva compuesta por un dominio citosólico, un dominio transmembrana, un enlace O-glicosídico y dos unidades enzimáticas: Extremo N-terminal: compuesto por cinco dominios proteicos (un primer dominio de trébol P rico en cisteína, un segundo, cuarto y quinto dominio formado por dos láminas betas antiparalelas y el tercer dominio que es el más grande y el que le otorga la actividad catalítica). A este extremo N-terminal no se le pueden acoplar substratos demasiado grandes y por eso demuestra afinidad hacia la maltosa, la maltotriosa, la maltotetrosa y la maltopentosa. Extremo C-terminal: contiene sitios de unión adicionales y por ende puede degradar sustratos más grandes y tiene unos 21 aminoácidos más que el extremo N-terminal (explicando así su función más amplia).
El ácido α-glucosidasa, codificado por el gen GAA y cuya función principal es la lisis de azúcares complejos. Este ácido contiene aproximadamente 952 aminoácidos y es procesado post-traduccionalmente mediante la glicosilación y supresión de péptidos en los extremos N- y C- terminales. La sacarasa-isomaltasa (codificada por el gen SI) es un complejo enzimático que se encuentra en los márgenes de las vellosidades del intestino delgado. Está formada por 1827 aminoácidos y contiene más de 19 sitios de glicosilación. Tiene un dominio citosólico, un dominio transmembrana, un enlace O-glicosídico y dos subunidades homólogas, la sacarasa y la isomaltasa, de 120 kDa y 140 kDa respectivamente. La subunidad isomaltasa es la responsable del anclaje de la enzima con células intestinales ya que dispone de un segmento hidrofóbico de aminoácidos especializado en la asociación con la membrana de dichas células. La Α-Amilasa es una enzima (gen AMY1A) con un peso molecular de 50kDa y tres dominio estructurales: El dominio A, también conocido como dominio central, está formado por 8 láminas paralelas β-plegadas rodeadas por 8 hélices α. El dominio B, de menor tamaño, se encuentra entre la tercera hélice α y la lámina β que la precede. El dominio C, cuya función no está bien definida aún, se encuentra unido al dominio A. Tiene una estructura β antiparalela. En organismos concretos, existen además dominios adicionales (C, D, F, G, H e I) unidos al dominio A. Su función no está bien definida aún.miniaturadeimagen|Topología de la alfa-amilasa 1 del páncreas humano. |478x478px|centro
Síntesis
En mamíferos La maltasa de las microvellosidades intestinales de los mamíferos se sintetiza como una única cadena polipeptídica que no sufre ningún tipo de escisión proteolítica, ni intracelular ni extracelular. A esta se le añaden carbohidratos ricos en manosa por glicosilación cotraduccional en aquellos dominios de la membrana en los que precipita Ca2+.
En levaduras Las levaduras presentan, en cinco loci diferentes, el grupo de genes MAL (MAL1, MAL2, MAL3, MAL4 y MAL6). La presencia de como mínimo uno de estos genes es indispensable para que se lleve a cabo la síntesis de la maltasa, ya que sugiere que los genes MAL codifican por proteínas reguladoras de este proceso. En consecuencia, el déficit de estos genes en levaduras implicaría la incapacidad de estas para fermentar la maltosa.
Gen El gen que codifica la maltasa se sitúa en el cromosoma 7 del cariotipo y es la siguiente secuencia de aminoácidos:
M-D-L-H-L-H-L-P-A-S-S-S-T-V-S-I-L-T-S-F-T-N-K-S-A-M-I-V-Y-Y-C-V-I-F-F-D-L-F-S-S-R-G-I-S-I-K-L-P-E-N-P-N-P-Q-P-L-K-W-W-Q-S-E-I-I-Y-Q-V-Y-P-R-S-F-M-D-S-D-G-D-G-V-G-D-L-K-G-I-E-S-K-V-D-Y-I-A-D-L-G-A-G-A-V-W-L-S-P-I-Y-E-S-P-M-K-D-F-G-Y-D-I-S-N-F-T-N-I-D-P-I-F-G-T-M-D-D-F-L-S-L-A-T-K-L-R-E-N-G-L-K-L-V-M-D-F-V-P-N-H-S-S-D-L-H-V-W-F-N-L-S-V-H-R-Q-E-K-Y-E-D-F-Y-V-W-K-N-A-S-G-Y-D-S-E-E-N-P-I-V-P-N-N-W-V-S-F-F-G-G-S-A-W-E-W-N-E-I-R-E-Q-F-Y-F-H-Q-F-V-A-G-Q-P-D-L-N-F-E-N-P-E-V-L-H-E-M-L-E-I-M-K-F-W-L-D-M-G-V-D-G-F-R-M-D-T-V-P-S-M-F-E-D-Q-R-F-L-D-E-A-E-D-P-N-R-P-P-N-S-I-P-T-D-Y-S-Y-W-S-H-I-Y-T-Y-D-L-P-A-T-R-D-S-W-Q-I-S-E-N-Y-L-I-S-D-G-K-E-R-C-M-M-I-E-A-Y-V-G-S-L-D-K-L-F-L-Y-Y-G-T-K-T-K-PI-A-H-F-P-E-N-F-E-F-I-T-R-S-N-Q-V-D-F-N-M-L-I-L-L-L-P-G-S-A-V-T-Y-Y-G-E-E-I-G-M-T-N-T-N-L-T-W-E-E-T-V-D-P-P-G-C-Q-A-G-P-E-R-Y-Q-L-F-S-R-D-P-E-R-T-P-M-Q-W-N-Y-D-K-N-S-G-F-S-T-G-D-S-T-W-L-P-I-N-P-N-Y-K-E-L-N-V-Q-A-Q-N-ET-S-G-D-S-H-L-K-V-Y-K-Q-I-L-S-L-R-K-T-D-T-W-K-Y-G-SL-E-A-Y-A-L-E-N-G-Q-G-F-G-F-A-R-I-Y-K-G-S-G-F-I-V-L-A-N-Y-L-D-G-M-I-I-N-V-G-E-H-F-K-D-I-P-D-S-A-M-V-Y-T-T-S-V-N-F-Q-P-E-M-S-V-G-S-F-I-S-T-K-S-V-T-I-R-G-K-H-S-I-I-L-T-F-S-K-S-E-N-E-K-K-N-D-T-W-I-W-T-I-V-N-W-I-L-L-S-K-A-N-F-Y-L-F-T-I-I-S-D-L-N-N-G-H-I-V-K-P-V-W-N-L-Q-N-N-Y-N-T-V
Esta secuencia de aminoácidos está expresada con el código de una letra, y cabe destacar que puede variar ligeramente en cada especie y cada tipo de enzima, así como por mutaciones que pueden o no inutilizar la enzima. +Diversos tipos de maltasaEnzimaGen que la codificaAlfa-glucosidasaGAAMaltasa-glucoamilasaMGAMSacarasa-isomaltasaSIAlfa-amilasa 1AMY1A Dos genes principales de α-glucosidasa (maltasa), sacarasa-isomaltasa (SI) y maltasa-glucoamilasa (MGAM), respectivamente, se expresan en el intestino delgado.
El gen MGAM codifica una glucosidasa terminal de almidón con una alta actividad. Esta es inhibida por los oligómeros productos de la hidrólisis del almidón por la α-amilasa.
SI es una glucosidasa terminal del almidón con baja actividad. Esta es inhibida por los productos oligoméricos de α-amilasa. Su actividad se ve amplificada de sobremanera por la actividad interna de α-amilasa.
Mecanismo enzimático miniaturadeimagen|Reacción de hidrólisis de la maltasa, rompiendo el enlace 1-4 alfa-glucosidasa. La insuficiencia de Α-Amilasa en el cuerpo humano es contrarrestada mediante la digestión del almidón por parte de maltasa de la mucosa.
Se sabe de 4 actividades distintas de la mucosa duodenal en las que interviene la maltasa. Dos de estas actividades de maltasa están asociadas con sacarasa-isomaltasa y las dos restantes son maltasa-glucoamilasas (maltasas II y III) sin características distintivas.
Como se trata de una enzima perteneciente a la familia GH13, su mecanismo se basa en la escisión del enlace α-glucosídico mediante hidrólisis. La maltasa centra su actividad en escindir el enlace α-(1→4) entre las dos unidades de glucosa que conforman la maltosa. La tasa de hidrólisis está controlada por el sustrato (número de carbohidratos). miniaturadeimagen|517x517px|Actividad enzimática de la maltasa
Regulación molecular Se cree que la maltasa es sintetizada por las células de la membrana mucosa que recubre la pared duodenal.
La flexibilidad de las enzimas digestivas en respuesta a los cambios en el nivel de macronutrientes de la dieta es algo común en mamíferos y aves. Se ha demostrado que en roedores un cambio de dieta a una más alta en carbohidratos provoca un aumento del control transcripcional del SI intestinal y el MGAM en un periodo de seis a doce horas. Lo mismo sucedió en polluelos de gorriones domésticos. A su vez, un cambio inverso de regreso a las dietas habituales provoca la disminución del ARNm de SI y su actividad. No obstante, esta flexibilidad enzimática no es universal pues existen animales incapaces de adaptarse de tal forma.
Información reciente sugiere que la señal provocada por la existencia de glucosa en la mucosa duodenal está asociada directamente con la expresión de los genes de sacarasa-isomaltasa (SI) y maltasa-glucoamilasa (MGAM) mediante un código de histonas como la acetilación y las dimetilaciones/trimetil, y que las estructuras promotoras de los genes MGAM y SI son similares. Las regulaciones de estas expresiones génicas están relacionadas tanto con la cantidad como con la calidad de los carbohidratos alimentados. Por lo tanto, un cambio en la expresión génica viene acompañado de cambios drásticos en la cromatina provocados por modificaciones de las histonas, y en consecuencia influye directamente en la regulación de la transcripción de los genes.
Se sabe que la histona H3 es la responsable de accionar el promotor y las regiones transcritas de SI y MGAM, y que las acetilaciones de las histonas H3 y H4, así como el control general de la síntesis de aminoácidos y los factores de transcripción de las regiones transcritas de los genes SI y MGAM aumentan en presencia de una dieta rica en almidón.
Las modulaciones de los mensajes de MGAM y SI están mediadas por acetilaciones y metilaciones de histonas del promotor y las regiones transcritas. Asimismo, la lisina y la arginina son modificadas postraduccionalmente en relación con los distintos estados de transcripción inducidos por la presencia de almidones.
Fructosa La fructosa modula activamente los mensajes de SI.
Almidón Los almidones modulan la expresión de los mensajes de MGAM y SI.