คำถามยอดนิยม
เอนไซม์คืออะไร?
- เอนไซม์เป็นสารที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในสิ่งมีอาศัยอยู่ ควบคุมอัตราที่ปฏิกิริยาเคมีดำเนินไปโดยที่ตัวมันเองไม่แปรงกเปลี่ยนแปลงในกระบวนการ
- กระบวนการทางชีววิทยาที่เกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเป็นปฏิกิริยาทางเคมี และส่วนใหญ่ควบคุมโดยเอนไซม์
- หากไม่มีแน่นอนเอนไซม์ ปฏิกิริยาหลายอย่างเหล่านี้จะไม่เกิดขึ้นในอัตราที่สังเกตได้
- เอนไซม์กระตุ้นการเผาผลาญของเซลล์ทุดัน้าน ซึ่งรวมถึงการย่อยอาหาร ซึ่งโมเลกุลของสารอาหารขนาดใหญ่ (เช่น โปรตีนเพื่อสุขภาพ แป้ง และไขมัน) แปรงกสลายเป็นโมเลกุลที่เล็กลง การเก็บรักษาและการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมี และการสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลล์จากสารตั้งต้นที่มีแน่นอนขนาดเล็กกว่า
- โรคที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมของมนุษย์หลายอย่าง เช่น โรคเผือกและฟีนิลคีโตนูเรีย เป็นผลมาจากการขาดเอนไซม์บางชนิด
เอนไซม์ประกอบด้วยอะไรบ้าง?
- โมเลกุลของเอนไซม์โปรตีนขนาดใหญ่ประกอบด้วยสายโซ่กรดอะมิโนหนึ่งสายหรือมากกว่าที่เรียกว่าสายโพลีเปปไทด์ ลำดับกรดอะมิโนจะเป็นตัวกำหนดรูปแบบการพับที่มีแน่นอนลักษณะเฉพาะของโครงสร้างของโปรตีน ซึ่งจำเป็นต่อความจำเพาะของเอนไซม์
- หากเอนไซม์มีแน่นอนการปรับปรุง เช่น ความผันผวนของอุณหภูมิหรือค่า pH โครงสร้างโปรตีนอาจสูญเสียความสมบูรณ์ (เสียสภาพ) และความสามารถของเอนไซม์
- ผูกพันกับเอนไซม์บางตัวเป็นองค์ประกอบทางเคมีเพิ่มเติมที่เรียกว่าปัจจัยร่วม ซึ่งเป็นส่วนร่วมโดยตรงในเหตุการณ์การเร่งปฏิกิริ{ยา} และด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นสำหรับกิจกรรมของเอนไซม์ ปัจจัยร่วมอาจเป็นโคเอนไซม์—โมเลกุลอินทรีย์ เช่น วิขึ้นอยู่กับิน—หรือไอออนโลหะอนินทรีย์ เอนไซม์บางชนิดต้องการทั้งสองอย่าง
- ครั้งหนึ่งเคยคิดว่าเอนไซม์ทั้งหมดเป็นโปรตีน อย่างไรก็ตามพิจารณาว่าทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของกรดนิวคลีอิกบางชนิดที่เรียกว่าไรโบไซม์ (หรือแม้กระทั่ง RNAs ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริ{ยา}) ได้แสดงให้เห็นแล้ว โดยหักล้างสัจพจน์นี้
ตัวอย่างของเอนไซม์คืออะไร?
- ปฏิกิริยาทางชีวเคมีจำนวนมากและซับซ้อนเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นในสัตว์ พืชพรรณ และจุลินทรีย์นั้นควบคุมโดยเอนไซม์ ดังนั้นจึงมีตัวอย่างมากมาย ในบรรดาเอนไซม์ที่เข้าใจจักกันดี ได้แก่ เอนไซม์ย่อยอาหารของสัตว์ ตัวอย่างเช่น เอนไซม์เพปซินเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของน้ำย่อย ช่วยย่อยสลายเศษอาหารในกระเพาะอาหาร เช่นเดียวกัน เอนไซม์อะไมเลสซึ่งมียังคงอยู่ในน้ำลายจะเปลี่ยนแป้งเป็นน้ำตาล ช่วยในการเริ่มต้นการย่อยอาหาร
- ในทางการแพทย์ เอนไซม์ทรอมบินถูกใช้เพื่อส่งเสริมการรักษาบาดแผล เอนไซม์อีกอย่าง ๆ ใช้ประโยชน์จากในการวินิจฉัยโรคบางชนิด เอนไซม์ไลโซไซม์ซึ่งทำลายผนังเซลล์จะใช้ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย
- เอนไซม์คาทาเลสทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์แปรงกย่อยสลายเป็นน้ำและออกซิเจน Catalase ปกป้องออร์แกเนลล์และเนื้อเยื่อของเซลล์จากความเสียหายจากเปอร์ออกไซด์ ซึ่งผลิตขึ้นอย่างต่อเนื่องจากปฏิกิริยาเมแทบอลิซึม
ปัจจัยใดที่ส่งผลต่อการทำงานของเอนไซม์?
- กิจกรรมของเอนไซม์ได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ รวมถึงความเข้มข้นของสารตั้งต้นและการมียังคงอยู่ของโมเลกุลที่ยับยั้ง
- อัตราของปฏิกิริยาของเอนไซม์เพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของซับสเตรตที่เลี้ยง ไปถึงความเร็วสูงสุดเมื่อตำแหน่งที่แอคทีฟของโมเลกุลของเอนไซม์ทำงานทั้งหมด ด้วยเหตุผลนั้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์จึงถูกกำหนดโดยความเร็วที่ตำแหน่งที่ใช้ประโยชน์จากงานเปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นผลิตภัณฑ์
- การยับยั้งการทำงานของเอนไซม์เกิดขึ้นได้หลายวิธี การยับยั้งการแข่งขันเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลที่คล้ายกับโมเลกุลของสารตั้งต้นจับกับไซต์ที่ใช้ประโยชน์จากงานอยู่และป้องกันการจับตัวของสารตั้งต้นที่เกือบ
- การยับยั้งแบบไม่มีแน่นอนการแข่งขันเกิดขึ้นเมื่อตัวยับยั้งจับกับเอนไซม์ที่ตำแหน่งอื่นที่ไม่แน่นอนแน่นอนตำแหน่งที่ทำงานอยู่
- อีกปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อการทำงานของเอนไซม์คือการควบคุมอัลโลสเตอริก ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์เช่นเดียวกับการยับยั้ง การกระตุ้นและการยับยั้ง allosteric ช่วยให้เนื้อเยื่อผลกระทบิตพลังงานและวัใหมุ่เมื่อจำเป็นและยับยั้งการผลิตเมื่อมีปริมาณเพียงพอ
ทบทวน
อ่านบทสรุปโดยย่อของหัวข้อนี้
เอนไซม์เป็นสารที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในสิ่งมีอาศัยอยู่ ควบคุมอัตราที่ปฏิกิริยาเคมีดำเนินไปโดยที่ตัวมันเองไม่แปรงกเปลี่ยนแปลงในกระบวนการ
การบำบัดโดยย่อของเอนไซม์มีแน่นอนดังนี้ เพื่อการรักษาอย่างเต็มที่ ดู โปรตีนเพื่อสุขภาพ: เอนไซม์.
กระบวนการทางชีววิทยาที่เกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเป็นปฏิกิริยาทางเคมี และส่วนใหญ่ควบคุมโดยเอนไซม์ หากไม่มีแน่นอนเอนไซม์ ปฏิกิริยาหลายอย่างเหล่านี้จะไม่เกิดขึ้นในอัตราที่สังเกตได้ เอนไซม์กระตุ้นการเผาผลาญของเซลล์ทุดัน้าน ซึ่งรวมถึงการย่อยอาหาร ซึ่งโมเลกุลของสารอาหารขนาดใหญ่ (เช่น โปรตีนเพื่อสุขภาพ แป้ง และไขมัน) แปรงกสลายเป็นโมเลกุลที่เล็กลง การเก็บรักษาและการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมี และการสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลล์จากสารตั้งต้นที่มีแน่นอนขนาดเล็กกว่า โรคที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมของมนุษย์หลายอย่าง เช่น โรคเผือกและฟีนิลคีโตนูเรีย เป็นผลมาจากการขาดเอนไซม์บางชนิด
เอนไซม์ยังมีเงยทางอุตสาหกรรมและการแพทย์อีดัน้วย การหมักไวน์ การทำให้ขนมปังขึ้นฟู การต้มชีส และการต้มเบียร์ได้รับการฝึกฝนมาตั้งแต่ยุคแรกๆ อย่างไรก็ตามจนถึงศตวรรษที่ 19 ปฏิกิริยาเหล่านี้เข้าใจว่าเป็นผลมาจากกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ พิจารณาว่านั้นมา เอนไซม์ได้ถือว่ามีความสำคัญเพิ่มขึ้นในกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์ การใช้เอนไซม์ในทางการแพทย์รวมถึงการฆ่าจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรค ส่งเสริมการรักษาบาดแผล และวินิจฉัยโรคบางชนิด
ลักษณะทางเคมี
ครั้งหนึ่งเคยคิดว่าเอนไซม์ทั้งหมดเป็นโปรตีน อย่างไรก็ตามพิจารณาว่าทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของกรดนิวคลีอิกบางชนิดที่เรียกว่า ไรโบไซม์ (หรือแม้กระทั่ง RNAs ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริ{ยา}) ได้แสดงให้เห็นแล้ว ซึ่งหักล้างสัจพจน์นี้ เนื่องจากยังไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับการทำงานของเอ็นไซม์ของ RNA การอภิปรายนี้จะมุ่งเน้นไปที่เอ็นไซม์โปรตีนเป็นหลัก
โมเลกุลของเอนไซม์โปรตีนขนาดใหญ่ประกอบด้วยสายโซ่กรดอะมิโนหนึ่งสายหรือมากกว่าที่เรียกว่าสายโพลีเปปไทด์ ลำดับกรดอะมิโนจะเป็นตัวกำหนดรูปแบบการพับที่มีแน่นอนลักษณะเฉพาะของโครงสร้างของโปรตีน ซึ่งจำเป็นต่อความจำเพาะของเอนไซม์ หากเอนไซม์มีแน่นอนการปรับปรุง เช่น ความผันผวนของอุณหภูมิหรือค่า pH โครงสร้างโปรตีนอาจสูญเสียความสมบูรณ์ (เสียสภาพ) และความสามารถของเอนไซม์ บางครั้งการเสียสภาพธรรมชาติกลับคืนสภาพเดิมได้ อย่างไรก็ตามไม่เสมอไป
รับการสมัครสมาชิก Britannica Premium และเข้าถึงเนื้อหาพิเศษ สมัครสมาชิกตอนนี้
ผูกพันกับเอนไซม์บางตัวเป็นองค์ประกอบทางเคมีเพิ่มเติมที่เรียกว่าปัจจัยร่วม ซึ่งเป็นส่วนร่วมโดยตรงในเหตุการณ์การเร่งปฏิกิริ{ยา} และด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นสำหรับกิจกรรมของเอนไซม์ ปัจจัยร่วมอาจเป็นโคเอนไซม์—โมเลกุลอินทรีย์ เช่น วิขึ้นอยู่กับิน—หรือไอออนโลหะอนินทรีย์; เอนไซม์บางชนิดต้องการทั้งสองอย่าง ปัจจัยร่วมอาจผูกพันอย่างแน่นหนาหรือหลวมกับเอนไซม์ หากเชื่อมต่ออย่างแน่นหนา ปัจจัยร่วมจะเรียกว่ากลุ่มเทียม
ระบบการตั้งชื่อ
เอนไซม์จะทำปฏิกิริท้าทายับสารเพียงชนิดเดียวหรือกลุ่มของสารที่เรียกว่า สารตั้งต้น เพื่อเร่งปฏิกิริยาบางชนิด เนื่องจากความเฉพาะเจาะจงนี้ เอ็นไซม์จึงมักถูกตั้งชื่อโดยการเพิ่มคำต่อท้าย “-ase” ต่อท้ายชื่อซับสเตรต (เช่นเดียวกับยูเรียซึ่งเร่งการแตกตัวของยูเรีย) ได้กล่าวว่า ไม่แน่นอนแน่นอนเอ็นไซม์ทั้งหมดที่ได้รับการตั้งชื่อในลักษณะนี้ และเพื่อลดความสับสนเกี่ยวกับการตั้งชื่อเอ็นไซม์ ระบบการจำแนกประเภทจึงได้รับการพัฒนาตามชนิดของปฏิกิริยาที่เอ็นไซม์เร่งปฏิกิริ{ยา} มีแน่นอนหกประเภทหลักและปฏิกิริยาของพวกเขา: (1) oxidoreductases ซึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน; (2) ทรานสเฟอเรส ซึ่งถ่ายโอนหมู่เคมีแต่งหน้าจากสารหนึ่งไปยังอีกสารหนึ่ง (3) ไฮโดรเลส ซึ่งแยกสารตั้งต้นโดยการดูดซับโมเลกุลของน้ำ (ไฮโดรไลซิส) (4) ไลเอสซึ่งสร้างพันธะคู่โดยการเพิ่มหรือลบหมู่เคมี (5) ไอโซเมอเรสซึ่งถ่ายโอนกลุ่มภายในโมเลกุลเพื่อสร้างไอโซเมอร์ เช่นเดียวกับ (6) ลิกาสหรือซินทีเทส ซึ่งสร้างพันธะเคมีหลายชนิดร่วมกับการสลายพันธะไพโรฟอสเฟตในอะดีโนซีนไตรฟอสเฟตหรือนิวคลีโอไทด์ที่เหมือนกัน
กลไกการทำงานของเอนไซม์
ในปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่ มีแน่นอนสิ่งกีดขวางทางพลังงานซึ่งต้องเอาชนะเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น สิ่งกีดขวางนี้ป้องกันโมเลกุลที่สิ่งอำนวยความสะดวก เช่น โปรตีนและกรดนิวคลีอิกจากการย่อยสลายตามธรรมชาติ และจำเป็นต่อการรักษาชีวิต เมื่อจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงเมแทบอลิซึมในเซลล์ โมเลกุลที่ซับซ้อนเหล่านี้บางส่วนจะต้องถูกทำลายลง และอุปสรรคด้านพลังงานนี้จะต้องถูกพิชิต ความร้อนสามารถให้พลังงานที่จำเป็นเพิ่มเติม (เรียกว่าพลังงานกระตุ้น) อย่างไรก็ตามระดับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะทำให้เนื้อเยื่อไม่มีชีวิตชีวา ทางเลือกคือลดระดับพลังงานกระตุ้นลงโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริ{ยา} นี่คือบทบาทของเอนไซม์ พวกเขาทำปฏิกิริท้าทายับสารตั้งต้นเพื่อสร้างสารเชิงซ้อนระดับกลาง ซึ่งเป็น “สถานะเปลี่ยนผ่าน” ที่ต้องใช้พลังงานน้อยลงในการดำเนินการปฏิกิริ{ยา} สารประกอบระหว่างกลางที่ไม่แน่นอนเสถียรจะแตกตัวอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริ{ยา} และเอนไซม์ที่ไม่แน่นอนเปลี่ยนแปลงนั้นสามารถทำปฏิกิริท้าทายับโมเลกุลซับสเตรตอื่นๆ ได้สบายๆ
เฉพาะบริเวณหนึ่งของเอนไซม์ที่เรียกว่าแอคทีฟไซต์ใส่่านั้นที่จับกับสารตั้งต้น ไซต์ที่ใช้ประโยชน์จากงานคือร่องหรือกระเป๋าที่เกิดจากรูปแบบการพับของโปรตีน โครงสร้างสามมิตินี้ ร่วมกับคุณสมบัติทางเคมีและไฟฟ้าของกรดอะมิโนและปัจจัยร่วมภายในแอกทีฟไซต์ ทำให้สารตั้งต้นที่เจาะจงจับกับไซต์ได้แค่ จึงเป็นตัวกำหนดความจำเพาะของเอนไซม์
การสังเคราะห์และกิจกรรมของเอนไซม์ยังได้รับอิทธิพลจากการควบคุมทางพันธุกรรมและการกระจายตัวในเซลล์ เอนไซม์บางชนิดไม่ได้ผลกระทบิตโดยเซลล์บางเซลล์ และบางชนิดสร้างเมื่อจำเป็นเท่านั้น เอนไซม์ไม่แน่นอนได้พบอย่างสม่ำเสมอภายในเซลล์ มักจะถูกแบ่งส่วนในนิวเคลียส บนเยื่อหุ้มเซลล์ หรือในโครงสร้างย่อยของเซลล์ อัตราการสังเคราะห์และกิจกรรมของเอนไซม์ยังได้รับอิทธิพลจากฮอร์โมน การหลั่งสารสื่อประสาท และสารเคมี{อื่นๆ} ที่ส่งผลต่อสภาพแวดล้อมภายในเซลล์
