เอนไซม์ (Enzyme) (ตอนที่ 1)

อาจารย์ปริญญา นิลวัชราภรณ์

ภาควิชาวิศวกรรมโยธา


ปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เรียกว่า เมแทบอลิซึม (Metabolism) แบ่งเป็น

  1. แคแทบอลิซึม (Catabolism) เป็นกระบวนการสลายสารโมเลกุลใหญ่ให้กลายเป็นสารโมเลกุลเล็ก เช่น ปฏิกิริยาการหายใจระดับเซลล์ ทำให้กลูโคส (Glucose) สลายเป็น คาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon dioxide, CO2) กับน้ำ (H2O) ปฏิกิริยานี้จะปลดปล่อยพลังงานออกมา (ผลิตภัณฑ์มีพลังงานต่ำกว่าสารตั้งต้น) จึงเรียกว่าเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน (Exergonic reaction)
  2. แอนาบอลิซึม (Anabolism) เป็นกระบวนการสังเคราะห์สารโมเลกุลใหญ่จากสารโมเลกุลเล็ก เช่น ปฏิกิริยาการสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) มีการสร้างคาร์โบไฮเดรต (Carbohydrate) จากคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon dioxide, CO2) และน้ำ (H2O) ปฏิกิริยานี้มีการนำพลังงานแสงเข้าร่วมปฏิกิริยาด้วย (ผลิตภัณฑ์มีพลังงานสูงกว่าสารตั้งต้น) จึงเรียกว่าเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน (Endergonic reaction)


ปฏิกิริยาเคมีในเซลล์มีเอนไซม์ (Enzyme) เป็นตัวเร่งปกิกิริยา (Catalyst) ทำให้ปฏิกิริยาดำเนินไปได้เร็วขึ้น โดยที่ตัวเองไม่ถูกเปลี่ยนแปลงไปในปฏิกิริยา เอนไซม์ (Enzyme) ได้ชื่อว่าเป็นตัวเร่งทางชีวภาพ (Biological catalyst) เนื่องจากเป็นอินทรีย์สารที่สร้างขึ้นโดยเซลล์สิ่งมีชีวิต มีคุณสมบัติดังนี้

  • เป็นสารประเภทโปรตีน รูปทรงกลม (Globular protein) ละลายได้ในน้ำ กลีเซอรอล (Glycerol) แต่ตกตะกอนในแอลกอฮอล์ (Alcohol) เข้มข้น
  • เมื่อได้รับความร้อนสูง หรือ ความเป็นกรด-ด่าง (pH) ไม่เหมาะสม จะเสียสภาพธรรมชาติ (Denature) เร่งปฏิกิริยาไม่ได้
  • มีความเฉพาะเจาะจงต่อปฏิกิริยา (Specificity)
  • หลังเร่งปฏิกิริยาแล้วมีคุณสมบัติเหมือนเดิม สามารถเร่งปฏิกิริยาใหม่ได้อีก


ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของ เอนไซม์ (Enzyme)

  • อุณหภูมิ เหมาะสมในช่วง 25-40?C
  • ความเป็นกรด-ด่าง (pH) ส่วนใหญ่ทำงานได้ดีในช่วง pH 6.7-7
  • ความเข้มข้นของ เอนไซม์ (Enzyme) และสารอาหาร

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดทั้งพืช สัตว์ จุลินทรีย์ (Microorganism) สามารถผลิต เอนไซม์ (Enzyme) ได้แต่แหล่งผลิต เอนไซม์ (Enzyme) ที่สำคัญในอุตสาหกรรมได้แก่ จุลินทรีย์ (Microorganism) เนื่องจากมีข้อดีหลายประการดังนี้

  1. จุลินทรีย์ (Microorganism) สามารถผลิต เอนไซม์ (Enzyme) ปริมาณมากๆ ได้ในระยะเวลาสั้น เพราะ จุลินทรีย์ (Microorganism) เพิ่มจำนวนได้อย่างรวดเร็ว และมีขนาดเล็ก จึงใช้พื้นที่น้อย นอกจากนี้ยังสามารถเลือกใช้อาหารเลี้ยงเชื้อราคาถูก และผลิตได้ตลอดเวลาโดยไม่ขึ้นกับฤดูกาล
  2. การคัดเลือก จุลินทรีย์ (Microorganism) ที่สามารถผลิต เอนไซม์ (Enzyme) ที่ต้องการ ทำได้โดยวิธีการง่ายๆและใช้เวลาไม่นาน
  3. จุลินทรีย์ (Microorganism) หลายชนิดผลิตเอนไซม์ (Enzyme) ที่สามารถเร่งปฏิกิริยาชนิดเดียวกันได้ แต่มีคุณสมบัติบางอย่างต่างกัน จึงสามารถเลือกใช้ เอนไซม์ (Enzyme) ที่เหมาะสม ในสภาวะที่แตกต่างกันได้ตามต้องการ
  4. การเพิ่มผลผลิต เอนไซม์ (Enzyme) จาก จุลินทรีย์ (Microorganism) โดยการเปลี่ยนแปลงสภาพแววดล้อม สมารถทำได้ง่ายกว่าสิ่งมีชีวิตอื่น


เอนไซม์ (Enzyme) จาก จุลินทรีย์ (Microorganism) แบ่งตามแหล่งที่ เอนไซม์ (Enzyme) ทำงาน ได้ดังนี้

  1. Extracellular enzyme เอนไซม์ (Enzyme) ที่สร้างขึ้นภายในเซลล์แล้วถูกขับออกมาทำงานภายนอกเซลล์ เมื่อทำปฏิกิริยากับสารอาหาร ทำให้สารอาหารมีโมเลกุลเล็กลงจนถูกดูดซึมเข้าสู่เซลล์ได้
  2. Intracellular enzyme เอนไซม์ (Enzyme) ที่สร้างขึ้นและทำงานภายในเซลล์


กลกไกการทำงานของ เอนไซม์ (Enzyme)

รูปที่ 1: การเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระของปฏิกิริยา

เอนไซม์ (Enzyme) จะทำให้อัตราเร็วของการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นได้ โดยการไปลดปริมาณพลังงานอิสระของการกระตุ้น (Activated energy) ที่ปฏิกิริยานั้นต้องการ ดังแสดงในรูปที่ 1 แต่ไม่เปลี่ยนแปลงผลต่างของพลังงานอิสระระหว่างสารตั้งต้นกับผลิตภัณฑ์ จึงไม่มีผลต่อจุดสมดุลของปฏิกิริยา


เอนไซม์ (Enzyme; E) ปฏิกิริยากับสารอาหาร (Substrate; S) จะได้สารโมเลกุลเชิงซ้อน (Enzyme-substrate complex; ES) ซึ่งจะแตกตัวเป็นสารโมเลกุลเล็ก เรียกว่าผลิตภัณฑ์ (Product; P) และ เอนไซม์ (Enzyme; E) ตามเดิม เอนไซม์ (Enzyme; E) จะเป็นอิสระและสามารถทำปฏิกิริยากับ สารอาหาร (Substrate; S) ได้อีก (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: กลไกการทำงานของเอนไซม์ (Enzyme)


การทำงานของ เอนไซม์ (Enzyme) มีความจำเพาะเจาะจงต่อสารตั้งต้น

ทฤษฎีแม่กุญแจและลูกกุญแจ (Lock and Key Theory) ?โครงสร้างเอนไซม์ (Enzyme) เปรียบเสมือนแม่กุญแจจึงสวมกันได้พอดีกับสารตั้งต้น ซึ่งเปรียบเสมือนลูกกุญแจ โดยโครงสร้างไม่เปลี่ยนแปลงไปจากเดิม?

รูปที่ 3: ทฤษฎีแม่กุญแจและลูกกุญแจ (Lock and Key Theory)

ทฤษฎีเหนี่ยวนำให้เหมาะสม (Induced Fit Theory) ?สารตั้งต้นเหนี่ยวนำให้ เอนไซม์ (Enzyme) ปรับรูปร่างให้จับกับสารตั้งต้นได้อย่างเหมาะสม เปรียบเมือนกับการใส่ถุงมือ?

รูปที่ 4: ทฤษฎีเหนี่ยวนำให้เหมาะสม (Induced Fit Theory)


เอกสารอ้างอิง

เอกสารประกอบการประชุมเชิงปฏิบัติการ เรื่องเอนไซม์และการประยุกต์ใช้

รศ.ดร.ดาวัลย์ ฉิมภู่ (2550).ชีวเคมี พิมพ์ครั้งที่ 2 สำนักพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

รศ.สมใจ ศิริโภค (2550).จุลชีววิทยาอุตสาหกรรม ศูนย์ส่งเสริมกรุงเทพ

รศ.นงลักษณ์ สุวรรณพินิจ, รศ.ปรีชา สุวรรณพินิจ (2550). จุลชีววิทยาทั่วไป พิมพ์ครั้งที่ 6 สำนักพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

คำค้น: ,

Comments are closed.