เอนไซม์

ในธรรมชาติจะพบเห็นปฏิกิริยาเคมีมากมาย ซึ่งบางปฏิกิริยา เกิดขึ้นได้รวดเร็ว เช่นการเผาไหม้ ของเชื้อเพลิง บางปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้ช้ามาก เช่นการเกิดสนิม แต่ในกรณีสิ่งมีชีวิตปฏิกิริยาจำเป็นต้องเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว จำเพาะและควบคุมได้โดย ทั่วไปหากต้องการให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้เร็วขึ้นอาจทำโดยเพิ่มอุณหภูมิหรือให้สารเคมีที่ช่วยเร่งปฏิกิริยา สิ่งมีชีวิตมีกลไกที่ช่วยให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้รวดเร็วขึ้น กลไกดังกล่าวเกิดขึ้นจากการที่เซลล์สามารถลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาลง โดยอาจใช้สารบางอย่างเข้ามาเร่งปฏิกิริยา เรียกสารเหล่านี้ว่า เอนไซม์ (Enzyme)

เช่น เอนไซม์ในลำไส้เล็ก สามารถย่อยโปรตีนจนได้กรดอะมิโน แต่ถ้าไม่มีเอนไซม์ปฏิกิริยาแทบจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้เลย นั่นแสดงว่าเอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst)

ภาพ พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเคมีในขณะที่มีและไม่มีเอนไซม์

การทำงานของเอนไซม์มีผลต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต

ตัวอย่างเช่น กรณีของ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ซึ่งเป็นสารเคมีของเซลล์และเป็นอันตรายต่อเซลล์ ถ้ามีในปริมาณมาก และไม่ถูกทำลายโดยทันที จะทำให้เซลล์ตายได้ เพื่อความอยู่รอด เซลล์จึงมีกลไกควบคุมการเกิดปฏิกิริยาเคมีเพื่อสลาย ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ดังสมการ

ซึ่งปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาดูดพลังงานจึงเกิดขึ้นได้เองช้า ต้องอาศัยพลังงานกระตุ้นสูงมาก แต่ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีเอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จึงสามารถเกิดขึ้นได้เร็วขึ้นและใช้พลังงานกระตุ้นเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาในปริมาณน้อย

การทำงานของเอนไซม์

เอนไซม์ส่วนใหญ่เป็น โปรตีน สามารถเร่งปฏิกิริยาในสิ่งมีชีวิตได้ ทำให้สารตั้งต้น (Substrate) เกิดปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น ได้สารผลิตภัณฑ์ โดยสารตั้งต้นจะเข้าจับกับเอนไซม์ที่บริเวณจำเพาะของเอนไซม์ เรียกว่าบริเวณเร่ง (active site) เนื่องจากสายโปรตีนที่ประกอบขึ้นเป็นเอนไซม์แต่ละชนิดจะพันม้วนกันจนเกิดรูปร่างเฉพาะ ทำให้บริเวณเร่งของเอนไซม์แต่ละชนิดมีความจำเพาะกับสารตั้งต้น เช่น เร่งปฏิกิริยาการสลายซูโครส โดยใช้เอนไซม์ซูเครสดังภาพ

การทำงานของเอนไซม์เกิดจากการที่สารตั้งต้น เข้ามาจับที่บริเวณเร่ง ทำให้มีโครงสร้างและสภาวะเหมาะสมที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงพันธะเคมีของสารตั้งต้นได้เป็นสารผลิตภัณฑ์ เป็นการลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาลง

สารตั้งต้นที่มีรูปร่างจำเพาะกับเอนไซม์เท่านั้นจึงสามารถจับกับบริเวณเร่งของเอนไซม์ เกิดเป็นเอนไซม์ซับสเตรตคอมเพลกซ์ (Enzyme substrate complex) และมีการเปลี่ยนแปลงไปเป็น เอนไซม์โปรดักส์คอมเพล็กซ์ (Enzyme Product complex) ก่อนที่จะเปลี่ยนแปลงไปจนได้สารผลิตภัณฑ์ในที่สุด เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์และเอนไซม์จะแยกออกจากกัน โดยปกติเอนไซม์จะถูกนำกลับไปเร่งปฏิกิริยาใหม่เรื่อยๆ ทำให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้รวดเร็ว เอนไซม์โมเลกุลหนึ่งๆอาจเร่งปฏิกิริยา โดยจับกับสารตั้งต้นได้เป็นพันครั้ง หรือมากกว่านั้นในหนึ่งวินาที

ภาพการเร่งปฏิกิริยาสลายซูโครสโดยเอนไซม์ซูเครส

รูปแบบการทำงานของเอนไซม์ มีด้วยกัน 2 แนวความคิด คือ

แนวคิดแม่กุญแจกับลูกกุญแจ (Lock and Key model) ซึ่งเชื่อว่าบริเวณเร่งของเอนไซม์มีรูปร่างเข้ากันได้กับสารตั้งต้นและไม่เปลี่ยนแปลงรูปร่างทั้งก่อนและหลังการจับกับสารตั้งต้น เปรียบเหมือนกับแม่กุญแจที่มีรูปร่างเข้ากันได้กับลูกกุญแจพอดี
แนวคิดการเปลี่ยนรูปร่างให้เข้ากับสารตั้งต้น ( Induced fit model) เชื่อว่าบริเวณเร่งอาจเปลี่ยนรูปร่าง เมื่อสารตั้งต้นมาจับกับบริเวณเร่งจะทำให้บริเวณเร่งเปลี่ยนรูปร่างให้เข้ากับสารตั้งต้นพอดี

ภาพ แสดงแนวคิดรูปแบบการทำงานของเอนไซม์
ภาพบน แนวคิดแม่กุญแจกับลูกกุญแจ (Lock and Key model)
ภาพล่าง แนวคิดการเปลี่ยนรูปร่างให้เข้ากับสารตั้งต้น ( Induced fit model)

เอนไซม์

การทำงานของเอนไซม์มีผลต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต

การทำงานของเอนไซม์

หัวข้อถัดไป

๐ ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์

(กดเลือกหัวข้อที่ต้องการศึกษา)

เอกสารอ้างอิง