เอนไซม์ (Enzyme) คืออะไร? และประโยชน์ของเอนไซม์ มีอะไรบ้าง

 

เอนไซม์ (Enzyme) คืออะไร? 

เพื่อน ๆ หลายคนคงได้ยินคำว่าเอนไซม์ (Enzyme) กันมานาน เพราะเป็นสารชีวโมเลกุลที่มีประโยชน์หลากหลายมาก ๆ ต่อชีวิตประจำวันของเรา แต่จริง ๆ แล้วเอนไซม์คืออะไร ทำงานกันแบบไหน ถ้าเพื่อน ๆ สงสัยก็มาหาคำตอบไปพร้อม ๆ กันได้เลย !

เอนไซม์คืออะไร ?

เอนไซม์ (Enzyme) คือสารชีวโมเลกุลประเภทหนึ่ง ส่วนใหญ่เป็นโปรตีน มีคุณสมบัติในการเร่งกระบวนการเมตาบอลิซึมต่าง ๆ ในร่างกาย ทำให้สารตั้งต้น (Substrate) กลายเป็นสารผลิตภัณฑ์ (Product) ได้เร็วขึ้น เพราะช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ด้วยกลไกเฉพาะ เหมือนเป็นทางลัดที่ทำให้เราไปถึงที่หมายได้เร็วยิ่งขึ้น

เอนไซม์และการเร่งปฏิกิริยาเคมีในสิ่งมีชีวิต

ปฏิกิริยาเคมีทุกชนิด จะเกี่ยวข้องกับการสร้างและทำลายพันธะระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลสารต่าง ๆ ในธรรมชาติจะมีสถานะที่เสถียร (Stable state) เหมือนกัน ซึ่งการที่จะทำให้สารเหล่านี้เกิดปฏิกิริยากลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่เราต้องการได้ ก็คือต้องทำให้ไม่เสถียร (Unstable state) และเมื่อสารตั้งต้นที่ไม่เสถียรได้รับพลังงานก็จะเกิดปฏิกิริยาต่อไป กลายเป็นสารผลิตภัณฑ์นั่นเอง สารต่าง ๆ ที่อยู่ในธรรมชาติ (อาจอยู่เป็นอะตอมเดี่ยวหรือโมเลกุลก็ได้) เป็นสารที่มีความเสถียร เนื่องจากมีพลังงาน และการสร้างพันธะที่เหมาะสม ถ้าจะทำให้สารที่เสถียรเหล่านี้กลายเป็นสารใหม่ ต้องมีการใส่พลังงานเข้าไปเพื่อสลายพันธะ หรือกระตุ้นให้อะตอมอยู่ในสภาวะกระตุ้นแล้วไปรวมกับสารอื่น ๆ เพื่อสร้างพันธะใหม่ ได้เป็นสารผลิตภัณฑ์ 

เอนไซม์ Enzyme

ในการสร้างพันธะเหล่านี้ จะมีการคายพลังงานออกมา จากกราฟด้านบน การที่กราฟสูงขึ้น เป็นเพราะมีการใส่พลังงานเข้าไป โดย พลังงานอย่างน้อยที่ใส่เข้าไปแล้วทำให้ปฏิกิริยาดำเนินไปได้ เรียกว่า พลังงานก่อกัมมันต์ (Activation Energy or Ea) จากนั้นการที่กราฟลดลง เนื่องจากมีการคายพลังงานออกมาจากการสร้างพันธะใหม่ กลายเป็นสารผลิตภัณฑ์นั่นเอง

ปฏิกิริยาเอนไซม์

จากกราฟ เพื่อน ๆ จะเห็นว่าระหว่างสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์นั้น มีภูเขาลูกหนึ่งกั้นอยู่ ในการเกิดปฏิกิริยาเคมี เอนไซม์จะไม่ได้เข้าไปทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้น แต่จะช่วยเร่งความเร็วของปฏิกิริยา โดยไปลดค่าพลังงานก่อกัมมันต์ (Ea) ทำให้ภูเขาลูกเดิมสูงน้อยลง ส่งผลให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดได้เร็วขึ้น

พลังงานเอนไซม์

Ea คือ ค่าของพลังงานที่น้อยที่สุด ที่จะทำให้ปฏิกิริยาเคมีนั้นเกิดขึ้นได้ มีหน่วยเป็น KJ/mol หรือ Kcal/mol ถ้าปฏิกิริยาไหนมี Ea สูงก็จะเกิดขึ้นได้ยาก เพราะต้องใช้พลังงานจำนวนมาก นอกจากนี้ปฏิกิริยาเคมีแต่ละปฏิกิริยา ก็จะมีค่าของ Ea ที่แตกต่างกันไปด้วย

 

การทำงานของเอนไซม์

สารตั้งต้น (Substrate) จะเข้าจับกับเอนไซม์ “ที่บริเวณจำเพาะ” ของเอนไซม์ เรียกว่า บริเวณเร่ง (active site) โดยบริเวณเร่งของเอนไซม์แต่ละชนิดจะมีลักษณะเฉพาะตัว ทำให้เอนไซม์แต่ละชนิดมีความจำเพาะกับสารตั้งต้น เมื่อสารตั้งต้นและเอนไซม์เกิดการจับกัน จะเกิดเป็น เอนไซม์ซับสเตรตคอมเพล็กซ์ (Enzyme-substrate complex) จากนั้นปฏิกิริยาจะเกิดต่อไปจนจบ และได้สารผลิตภัณฑ์

เอนไซม์

การจับกันระหว่างสารตั้งต้น และเอนไซม์มีทฤษฎีอะไรบ้าง ?

อย่างที่เราบอกเพื่อน ๆ ไปว่าเอนไซม์แต่ละชนิดจะมีบริเวณเร่งที่จำเพาะกับสารตั้งต้น เมื่อเอนไซม์เจอกับสารตั้งต้นนั้นแล้วก็จะเกิดการจับกัน ซึ่งทฤษฎีการจับกันระหว่างสารตั้งต้น และเอนไซม์มีอยู่ 2 แบบด้วยกันคือ

1. ทฤษฎีลูกกุญแจกับแม่กุญแจ (Lock and key theory)

   การจับกันระหว่างสารตั้งต้นและเอนไซม์แบบลูกกุญแจกับแม่กุญแจ บริเวณเร่งของเอนไซม์และสารตั้งต้น ต้องมีรูปร่างที่พอดีกันจึงจะสามารถเกิดปฏิกิริยาได้ เหมือนลูกกุญแจกับแม่กุญแจที่ต้องมีรูปร่างพอดีกันเท่านั้นถึงจะปลดล็อก

2. ทฤษฎีเหนี่ยวนำให้เหมาะสม (Induced fit theory)

   การจับกันระหว่างสารตั้งต้นและเอนไซม์แบบเหนี่ยวนำให้เหมาะสม บริเวณเร่งของเอนไซม์อาจมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ โดยเมื่อสารตั้งต้นเข้ามาจับกับบริเวณเร่ง สารตั้งต้นจะเหนี่ยวนำให้บริเวณเร่งเปลี่ยนแปลงรูปร่างให้เข้ากับสารตั้งต้นได้พอดี

ส่วนประกอบของเอนไซม์

เอนไซม์จะประกอบไปด้วย 2 ส่วน คือ ส่วนที่เป็นเอนไซม์ที่ยังไม่ทำหน้าที่ (inactive)โดยเป็นส่วนของโปรตีน เรียกว่า อะโปเอนไซม์ (Apoenzyme)  และส่วนที่ไม่ใช่โปรตีน แต่อาจเป็นสารอินทรีย์หรืออนินทรีย์อื่น ๆ ที่มาจับกับอะโปเอ็นไซม์แล้วทำให้กลายเป็นเอ็นไซม์ที่สมบูรณ์ เรียกว่าโคแฟกเตอร์ (Cofactors)

 

โคแฟกเตอร์ของเอนไซม์

เอนไซม์บางชนิดก็ต้องการโมเลกุลของสารอื่นมาช่วยในการทำงาน ซึ่งโมเลกุลเหล่านี้ก็มีทั้งสารอนินทรีย์ (Inorganic) เรียกว่าโคแฟกเตอร์ (Cofactors) เช่น ไอออนของสังกะสี เหล็ก หรือทองแดง หรือจะเป็นสารอินทรีย์ (Organic) เรียกว่าโคเอนไซม์ (Coenzyme) ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นวิตามิน

 

ตัวอย่างเอนไซม์ในชีวิตประจำวัน

จริง ๆ แล้วในร่างกายของเราก็มีเอนไซม์อยู่เยอะมาก ๆ ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดก็คือเอนไซม์อะไมเลสที่อยู่ในน้ำลายของเรา ถ้าตอนเด็ก ๆ เพื่อน ๆ เคยอมข้าวไว้ในปากแล้วรู้สึกหวาน ๆ นั่นก็เป็นเพราะเอนไซม์อะไมเลสย่อยแป้งในข้าว ให้กลายเป็นน้ำตาลที่มีขนาดโมเลกุลเล็กลง ทำให้เรารู้สึกหวานนั่นเอง

Did you know ? ใครชอบชีสยกมือขึ้น !

นอกจากทำปฏิกิริยาเคมีในกระบวนการเมตาบอลิซึมของร่างกาย เอนไซม์ยังมีประโยชน์มาก ๆ ต่ออุตสาหกรรมอาหารด้วย ! อย่างเช่นชีสเยิ้ม ๆ แสนอร่อยที่เราทานกันเป็นประจำ นี่ก็เป็นผลงานของเอนไซม์นะ ! เพราะในอุตสาหกรรมเนยแข็งและชีส เราจะใช้เอนไซม์โปรติเอส (Protease) ช่วยตกตะกอนโปรตีนในนมให้เกิดเป็นลิ่ม ก่อนจะใช้เอนไซม์ไลเปส (Lipase) ช่วยปรับแต่งกลิ่น ใช้เอนไซม์แคทาเลส (Catalase) เพื่อยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ และใช้เอนไซม์แลคโตเปอร์ออกซิเดส (Lactoperoxidase) เพื่อยืดอายุของเนยแข็งและชีสด้วย ซึ่งเอนไซม์หลาย ๆ ตัวเราก็ได้มาจากจุลินทรีย์ตัวเล็ก ๆ ไม่เชื่อลองไปดูวิดีโอการทำชีสที่เรานำมาฝากเพื่อน ๆ สิ !