เอนไซม์ ในร่างกายมีหน้าที่ช่วยการทำงานในระบบต่างๆ ของร่างมนุษย์อย่างไร

เอนไซม์ นับว่าเป็นสารชีวโมเลกุลภายในเซลล์ที่สำคัญต่อการมีชีวิต ของทุกชีวิต

เอนไซม์ (Enzyme) คือ สารชีวโมเลกุล (Biomolecule) ที่ประกอบขึ้นจากกลุ่มของโปรตีนชนิดต่าง ๆ มีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ส่งเสริมให้กระบวนการต่าง ๆ ภายในร่างกายไม่ว่าจะเป็นกระบวนการสันดาป (Metabolism) กระบวนย่อยสลายสสารและโมเลกุลเพื่อพลังงาน (Catabolism) หรือกระบวนการสังเคราะห์สารต่าง ๆ (Anabolism) ของสิ่งมีชีวิตดำเนินไปอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

เอนไซม์เปรียบเสมือนกุญแจสำคัญที่ส่งเสริมการมีชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่ไซนาโนแบคทีเรีย จนถึงสัตว์เลี้ยงลูกกด้วยนม อีกความหมายหนึ่งคือ ถ้าหากสิ่งมีชีวิตขาดเอนไซม์ ร่างกายของจะอ่อนแอลงเรื่อยๆ และตายในที่สุด ดังนั้น เอนไซม์จึงเปรียบเหมือนผู้ช่วยในระบบต่างๆ ของร่างกาย ทำหน้าที่ ช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีที่จำเพาะ (Specific catalyst) ซึ่งจะทำงานร่วมกับสารชีวเคมีอื่น ได้แก่ โคเอนไซม์ (Co-enzymes) ซึ่งร่างกายได้รับจากสารอาหารจำพวกพวก วิตามิน และแร่ธาตุที่จำเป็นต่อร่างกาย แต่ถ้ามีเฉพาะวิตามิน และแร่ธาตุนั้น จะไม่สามารถกระตุ้นการทำงานภายในเซลล์ได้ หากไม่ได้ทำงานร่วมกับเอนไซม์

บทบาทหน้าที่และหลักการทำงานของเอนไซม์

เอนไซม์เปรียบเสมือนกุญแจสำคัญที่ส่งเสริมการมีชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ทำหน้าที่ย่อยสลายและช่วยดูดซึมสารอาหาร ส่งเสริมให้ปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ดำเนินไปอย่างสมดุล เพื่อร่างกายดำรงอยู่ได้อย่างไม่เสื่อมถอยหรือเกิดโรคภัยไข้เจ็บที่ส่งผลถึงชีวิต ดังนั้น เอนไซม์จึงทำหน้าที่เสมือนผู้ช่วยของระบบภายในต่าง ๆ

โดยเฉพาะการทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีที่สำคัญ ซึ่งมีหน้าที่จำเพาะ (Specific catalyst) ต่อสารตั้งต้น (Substrate) ที่ถูกกำหนดไว้ในตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจง (Active Site) เท่านั้น เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เพื่อสร้างสารประกอบเอนไซม์รวมกับสารตั้งต้น (Enzyme-Substrate complex) ก่อนเปลี่ยนสารตั้งต้นให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ (Product) ที่ต้องการ โดยไม่ก่อให้เกิดผลข้างเคียงหรือการรบกวนต่อปฏิกิริยาเคมีอื่น ๆ

เอนไซม์, สับสเตรต, การทำงานของเอนไซม์, กลไกลของเอนไซม์ — ภาพแสดงกลไกการย่อยสารตั้งต้นของเอนไซม์

(เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ: NGT x SaySci Ep.2 “ผลไม้เปลี่ยนสีจากเอนไซม์”)

คุณสมบัติของเอนไซม์

1. เอนไซม์มีโครงสร้างหลักเป็นสารประกอบจำพวกโปรตีนต่าง ๆ ทั้งพอลิเพปไทด์ (Polypeptide) สายเดี่ยว หรือหลายสายที่รวมตัวอยู่ด้วยกัน ซึ่งเอนไซม์แต่ละชนิดมีโครงสร้างที่จำเพาะและถูกกำหนดตามลำดับการเรียงตัวของกรดอะมิโน (Amino Acids) ภายในโมเลกุล นอกจากนี้ ยังมี “โฮโลเอนไซม์” (Holoenzyme) อีกหลายชนิด ซึ่งมีสารประกอบอื่นที่ไม่ใช่โปรตีนรวมอยู่ด้วย อาจเป็นโคแฟกเตอร์ (Cofactor) สารประกอบที่มีไอออนของโลหะหรือโคเอนไซม์ (Coenzyme) ที่เป็นสารประกอบอินทรีย์ในโมเลกุล เป็นต้น

2. เอนไซม์แต่ละชนิดมีหน้าที่เฉพาะของตนและจะทำปฏิกิริยาเคมีจำเพาะกับสารตั้งต้น (Substrate) ที่ถูกกำหนดไว้เท่านั้น อย่างเช่น เอนไซม์ชนิดย่อยไขมันจะไม่ทำหน้าที่ย่อยแป้งหรือคาร์โบไฮเดรต ยกเว้นเอนไซม์บางชนิดที่มีความเฉพาะเจาะจงต่ำที่อาจสามารถเร่งปฏิกิริยาของสารเริ่มต้นที่คล้ายคลึงกันได้

3. เอนไซม์จะยังคงสภาพเดิมทั้งคุณสมบัติ โครงสร้างและปริมาณภายหลังการเกิดปฏิกิริยา เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา เอนไซม์จะกลับสู่สภาวะตั้งต้นเพื่อรอสารตั้งต้นตัวใหม่อีกครั้ง

4. เอนไซม์ทำงานโดยการเข้าไปลดพลังงานกระตุ้น (Activation Energy) ของปฏิกิริยา ทำให้ปฏิกิริยาต่าง ๆ สามารถเกิดได้ง่ายและรวดเร็วยิ่งขึ้น ในขณะที่ใช้พลังงานไปเพียงน้อยนิด ซึ่งหากไม่มีเอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ร่างกายอาจต้องสูญเสียพลังงานในปริมาณสูงยิ่งกว่าเพื่อให้เกิดผลลัพธ์ตามที่ร่างกายต้องการ

ปัจจัยที่ส่งผลต่อการทำงานของเอนไซม์

อุณหภูมิ : อุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการทำงานโดยทั่วไปของเอนไซม์ อยู่ในช่วง 25 ถึง 40 องศาเซลเซียส ซึ่งหากอุณหภูมิสูงเกินไปจะทำให้เอนไซม์สูญเสียโครงสร้างและส่งผลให้ไม่สามารถเข้าร่วมกับสารตั้งต้นที่ต้องการได้

ความเป็นกรดเบส : ค่า pH 6 ถึง 7.5 คือ ช่วงที่เหมาะสมต่อการทำงานของเอนไซม์ แต่อย่างไรก็ตาม มีเอนไซม์บางชนิดสามารถทำงานได้ดีในสภาพความเป็นกรดเบสที่จำเพาะเจาะจง

ปริมาณและความเข้มข้นของสาร : ทั้งของเอนไซม์และสารตั้งต้น ซึ่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะแปรผันตามความเข้มข้นของสารเหล่านี้ ถ้าหากความเข้มข้นของสารตัวใดตัวหนึ่งมีมากเกินไป อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเข้าสู่สภาวะคงที่ เนื่องจากไม่มีเอนไซม์และซับสเตรดเหลือพอที่จะทำปฏิกิริยาขึ้นอีก