Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
ENZYME เอนไซม์ ชีวเคมีพื้นฐาน - Coggle Diagram
ENZYME เอนไซม์
ชีวเคมีพื้นฐาน
การจัดประเภทและการเรียกชื่อเอนไซม์
ENZYMES CLASSIFICATION AND NOME NCLA TURE
การเรียกชื่อเอนไซม์ (Enzymes Nomenclature)
เติม ase ลงท้ายชื่อปฏิกิริยาที่เร่ง เช่น
เอนไซม์ชื่อ oxidase เร่งปฏิกิริยา Oxidation
เอนไซม์ชื่อ Lactate Dehydrogenase เร่งปฏิกิริยา Dehydration (การกำจัดน้ำ)
เติม ase ลงท้ายชื่อซับสเตรทที่เร่ง เช่น
เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาการย่อย Sucroe ชื่อ Sucrase
เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาการย่อย Glucose ชื่อ Glucosidase
เรียกชื่อเดิมตอนที่มีการค้นพบ เช่น Papain, Bromelain, Pepsin
สหภาพชีวเคมีนานาชาติ (International union of biochemistry) จำแนกเอนไซม์ตามปฏิกิริยาที่เร่งไว้ 6 กลุ่ม ดังนี้
Hydrolase: เร่งปฏิกิริยาการย่อยสลายด้วยน้ำ เช่น
Protease ย่อยสลายพันธะเปปไทด์ในโปรตีน เช่น Pepsin , Trypsin , Chymotrypsin
Carbohydrase ย่อยสลายพันธะไกลโคซิดิกของคาร์โบไฮเดรต เช่น Sucrase , Amylase
Lyases: เร่งปฏิกิริยาการตัดพันธะ C-C, C-S, C-N และเติมหมู่ธาตุเข้าพันธะคู่ เช่น
Decarboxylase ดึง CO2 ออกจาก Carboxylic Acid
Carbonic Anhydrase เติม H และ O เข้าในพันธะคู่ของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)ได้เป็น H2CO3
Transferase: เร่งปฏิกิริยาการย้ายหมู่ที่ไม่ใช่ H (เช่น –NH2, -C=O, -CH3,) เช่น
Hexokinase ย้ายหมู่ฟอตเฟต จาก ATP
Transaminase ย้ายหมู่อะมิโน
DNA Polymerase ย้ายนิวคลีโอไทด์ไปต่อสาย DNA
Isomerase: เร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนไอโซเมอร์ เช่น
Glucose Isomerase เปลี่ยน Glucose เป็น Fructose
Oxidoreductase: เร่งปฏิกิริยา Oxidation-reduction (ถ่ายทอดอิเล็กตรอน) เช่น
Alcohol Dehydrogenase เปลี่ยนแอลกอฮอล์เป็นอัลดีไฮด์
Catalase แยกสลาย H2O2 ไห้เป็น H2O และ O2
Lactate Dehydrogenase เปลี่ยน Lactate เป็น Pyruvate
Ligase : เร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะ(C-C, C-S, C-O, C-N) เช่น
Pyruvate Carboxylase เปลี่ยน Pyruvate เป็น Oxaloacetate
เอนไซม์
ความสำคัญของเอนไซม์
เอนไซม์เปรียบเสมือนกุญแจสำคัญต่อการมีชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่ไซนาโนแบคทีเรีย จนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม คือ ถ้าหากสิ่งมีชีวิตขาดเอนไซม์ร่างกายจะอ่อนแอลง และตายในที่สุด
เอนไซม์มีความสำคัญต่อกระบวนการภายในร่างกาย เช่น ทำหน้าที่ในระบบย่อยอาหาร กระบวนการสร้างและสลาย หรือเมเทบอลิซึม (Metabolism) เป็นต้น
เอนไซม์ (Enzyme) คือ สารชีวโมเลกุล ที่ช่วยเร่งอัตรากาเกิดปฏิกิริยาเคมีซึ่งเกิดขึ้นภายในเซลล์
-เอนไซม์เปรียบเหมือนผู้ช่วยในระบบต่างๆ ของร่างกาย ทำหน้าที่ เร่งปฏิกิริยาเคมีที่จำเพาะ (Specific catalyst) ซึ่งจะทำงานร่วมกับสารชีวเคมีอื่น ได้แก่ โคเอนไซม์ (Co-enzymes) ซึ่งร่างกายได้รับจากสารอาหารจำพวก วิตามิน และเร่ธาตุที่จำเป็นต่อร่างกาย
เอนไซม์ที่ผลิตโดยร่างกายแบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม คือ
เมตาบอลิคเอนไซม์ (metabolic enzyme)
มีอยู่ในเซลล์ทุกเซลล์ ในทุกอวัยวะ
เอนไซม์นี้จะทำหน้าที่เกี่ยวกับทุกปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในร่างกาย มีหน้าที่ซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอ ช่วยระบบภูมิคุ้มกัน
1.เอนไซม์ย่อยอาหาร (digestive enzyme)
เอนไซม์โปรตีเอส (protease) ย่อยโปรตีน
เอนไซม์ไลเปส (Lipase) ย่อยไขมัน
เอนไซม์อะไมเลส (amylase) ย่อยแป้ง
ความหมายของเอนไซม์
โปรตีน ซึ่งมีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาเคมี (catalytic properties) เนื่องจากมีความสามารถในการกระตุ้นอย่างเฉพาะเจาะจง (specificactivation)
ระบบชีวภาพ sensitive อย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
Enzymes สามารถเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยไม่ต้องใช้อุณหภูมิสูงขึ้น โดยการทำให้ activation energy ต่ำลง
สร้าง new reaction pathway "a short cut"
การเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์
การเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์เริ่มจาก สารตั้งต้น (Substrate) เข้าจับกับเอนไซม์ที่ตำแหน่งกัมมันต์ หรือตำแหน่งที่เกิดปฏิกิริยา (active site) กลายเป็นสารประกอบเอนไซม์รวมกับสารตั้งต้น (Enzyme-Substrate complex) และเกิดการเปลี่ยนสารตั้งต้นให้กลายเป็นผลผลิต (Product)
ความเป็นมาของเอนไซม์
เอนไซม์ถูกนำมาใช้ครั้งแรก ในปี ค.ศ. 1878 ซึ่งมีการใช้ในการเร่งปฏิกิริยาการหมักน้ำตาลของยีสต์ พบว่าสามารถเร่งปฏิกิริยาให้เร็วขึ้น
คำว่า Enzyme มาจากภาษากรีก แปลว่า In yeast
เอนไซม์เป็นโปรตีนที่มีลักษณะก้อนกลม ที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นเพื่อทำหน้าที่ตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีต่างๆในกระบวนการเมตาบอลิซึมของสิ่งมีชีวิต โดยมีการทำงานที่คล้ายคลึงกันกับการทำงานของคะตะลิสต์
หน่วยวัดการทำงานของเอนไซม์
1.หน่วยเอนไซม์
จำนวนเอนไซม์ที่ทำให้ปริมาณของผลิตภัณฑ์เกิดขึ้นหรือปริมาณของซับสเตรทกลดลง มีค่าเป็น ไมโครโมลต่อนาที
หน่วยสากล (international unit. IU หรือ U)
หน่วยแอคติวิตีเฉพาะ (specific activity)
หน่วยเอนไซม์ ต่อ 1 มิลลิกรัมของโปรตีน ใช้ในการหาความบริสุทธิ์ของเอนไซม์
บริเวณเร่ง (THE ACTIVE SITE)
บริเวณที่สำคัญของ enzyme คือ บริเวณเร่ง(active sit) ทำหน้าที่จับกับซับสเตรท เพื่อเร่งปฏิกิริยา
รูปทรง (shape) และสภาวะแวดล้อมทางเคมี(chemical environment )ในบริเวณ active site ช่วยให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดง่ายขึ้น
ลักษณะสำคัญของเอนไซม์
เป็นโปรตีนชนิดรูปร่างทรงกลม ( Globular Protein )
ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงหลังจากเร่งปฏิกิริยาเคมีแล้ว
มีความจำเพาะ (specific) ต่อ สารตั้งต้น (Substrate) และจำเพาะต่อปฏิกิริยา
ความจำเพาะ ขึ้นอยู่กับบริเวณเร่ง (active site) ของเอนไซม์
แบบจำลองการทำงานของเอนไซม์
Induced Fit model
แบบจำลองแบบเหนี่ยวนำให้พอดี
ความยืดหยุ่นในโครงสร้างของโปรตีน ทำให้เอนไซม์สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่าง(conformation) ได้
เมื่อ substrate เข้าจับกับ enzyme จะเหนี่ยวนำ(induces)ให้เอนไซม์เปลี่ยนแปลงรูปร่าง โดย active site จะเปลี่ยนแปลงรูปร่างให้พอดีกับ substrate เพื่อให้ได้สภาวะทางเคมีที่เหมาะสมในการเกิดปฏิกิริยา
เป็นแบบจำลองที่ได้รับความนิยมในปัจจุบัน
lock and key model
แบบจำลองแบบแม่กุญแจและลูกกุญแจ
ต้องเข้ากันได้พอดี(Fit) ระหว่างโครงรูปของสารตั้งต้น(substrate) กับบริเวณเร่ง(active site) ของ enzyme เปรียบเหมือนลูกกุญแจ(key) เข้ากันได้พอดีกับแม่กุญแจ(lock)
เมื่อ substrate เข้าจับกับ enzyme เกิดเป็นโครงสร้างชั่วคราวขึ้นเรียกว่า enzyme-substrate complex จากนั้น substrate จะถูกเปลี่ยนให้เป็นผลิตภัณฑ์ (product)
ผลิตภัณฑ์มีรูปทรงที่แตกต่างจากสารตั้งต้นจึงไม่พอดีกับเอนไซม์ และถูกปล่อยออกจาก active site ของเอนไซม์
เอนไซม์อิสระจะเข้าจับกับ substrate ตัวอื่นเพื่อเร่งปฏิกิริยาต่อไป
ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์
FACTORS AFFECTING ENZYMES ACTIVITIES
ความเข้มขั้นของสารตั้งต้น (Substrate Concentration)
ถ้าเปลี่ยนความเข้มข้นของ enzyme ทำให้ Vmaxเปลี่ยนตาม
ปฏิกิริยาที่ต้องมีเอนไซม์เร่ง อัตราเร็วของปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น แต่จะถึงจุดอิ่มตัวเมื่อ enzyme เข้าจับกับซับเสตรจนหมด
ปฏิกิริยาที่ไม่ต้องมีเอนไซม์ อัตราเร็วของปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนตามความเข้มข้นของ substrate
ความเข้มข้นของเอนไซม์ (Enzyme Concentration)
ความเป็นกรด -ค่าง (pH)
ระดับ pH ที่ต่างจาก enzyme's optimum value มากๆ จะทำให้เอนไซม์เกิดการเสียสภาพธรรมชาติ ทำให้โครงรูปของ enzyme เปลี่ยนแปลงไป active site ผิดเพี้ยน และไม่พอดีกับ substrate
pH ต่างจาก enzyme's optimum value ไม่มากทำให้เกิดมีประจุขึ้นที่ enzyme และ substrate ประจุที่เกิดขึ้นจะมีผลต่อการจับกันระหว่าง substrate กับ active site
โดยทั่วไป Optimum pH= 5-9
ความเป็นกรด-ด่าง มีผลต่อปฏิกิริยาของเอนไซม์ เอนไซม์ แต่ละชนิดจะทำงานได้ดีที่สุด ในสภาวะที่มีความเป็นกรด-ด่างพอเหมาะ(optimum pH)
เช่น ซูเครสทำงานได้ดีที่สุดที่ pH =6.2
ลิเพส= 7.0 เพปชิน = 1.5-2.5 ทริปชิน =8-11
อุณหภูมิ (Temperature)
enzymes ส่วนใหญ่ optimum temperature ประมาณ 30 องศา
บางชนิดต่ำกว่านั้น เช่น ปลาที่อาศัยในน้ำเย็นจะตายที่ 30 องศา เพราะ enzymes denature
bacteria บางชนิดมี enzymes ที่ทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 100 องศา
enzymes ส่วนใหญ่ denatured ที่ 70 องศา
ตัวยับยั้ง (Inhibitor)
Inhibitor คือสารเคมีซึ่งลดอัตราการเร่งของเอนไซม์ โดยปกติจะมีความเฉพาะกับเอนไซม์ จะขัดขวางการทำงานของเอนไซม์ แต่ไม่ทำลายเอนไซม์ ยาและสารพิษบางชนิดเป็น inhibitors ของ enzymes
Irreversible inhibitors: จับกับ functional groups ของ amino acids ตรงบริเวณ active site, เป็นปฏิกิริยาแบบผันกลับไม่ได้
Example: ก๊าซที่ส่งผลต่อระบบประสาท (nerve gases) และยาฆ่าแมลง(pesticides) ที่มีส่วนประกอบของ organophosphorus เข้าจับกับ serine residues ใน enzyme acetylcholine esterase.
Reversible inhibitors สามารถกำจัดออกไปได้ มี 3 แบบได้แก่
การยับยั้งแบบไม่แข่งขัน (Noncompetitive)
ไม่ขึ้นกับความเข้มข้นของ substrate
ยับยั้งโดยจับกับ enzyme แต่ไม่ได้จับตรง active site
มีผลต่อโครงสร้างของเอนไซม์ทำให้จับกับซับสเตรตไม่ได้
การเพิ่มความเข้มข้นของซับสเตรตไม่สามารถแก้ไขได้
Examples : Cyanide จับกับ Iron ใน enzymes cytochrome oxidase โลหะหนัก เช่น Ag or Hg จับกับ -SH groups ของซีสเตอีน(Cys)
การยับยั้งแบบไม่แข่งขัน (Uncompetitive) (การยับยั้งแบบไม่แข่งขันโดยตรงหรือปราศจากการแข่งขัน)
ตัวยับยั้งจับกับโมเลกุลเชิงซ้อนของเอนไซม์กับซับสเตรต
จับกับบริเวณอื่นที่ไม่ใช่บริเวณเร่ง
การเพิ่มความเข้มข้นของซับสเตรตไม่สามารถแก้ไขได้
การยับยั้งแบบแข่งขัน (Competitive Inhibitor)
ต้องแข่งกับ substrate ในการเข้าจับที่ active site ขัดขวางไม่ให้ซับสเตรทเข้าจับได้
การทำงานแปรผันตามความเข้มข้น
มีโครงสร้างใกล้เคียงกับโครงสร้างของ substrate
แก้ไขได้โดยเพิ่มความเข้มขั้นของซับเตรต
เช่น ยาซัลฟานิลาไมล์ ยาเพนนิซิลลิน ยับยั้งเอนไซม์ของแบคทีเรีย ทำให้แบคทีเรียไม่เจริญเติบโต
โปรตีเอส (PROTEASE)
คือ เอนไซม์(enzyme) ที่ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการไฮโดรไลซ์โปรตีน (protein) ได้เป็นเพปไทด์ที่สายสั้นลง
แหล่งที่พบ
ระบบการย่อยอาหารของมนุษย์เละสัตว์พบในกระเพาะอาหารและลำไส้เล็ก
ยางและเนื้อเยื่อพืช เช่น มะละกอ สัปปะรด
ผลิตได้จากจุลินทรีย์เช่น แบคทีเรีย (เช่น Bacillus ) ยีสต์ และรา (เช่นAspergillus)
ตัวอย่างของเอนไซม์ โปรตีเอส
โบรมิเลน (bromelain)
ปาเปน (papain)
เรนนิน (rennin)
การใช้งานของเอนไซม์โปรตีเอสในอาหาร
การผลิตเบียร์ (beer)
หลังจากการต้มข้าวมอลต์ (malt) เบียร์ยังมีลักษณะขุ่นเนื่องจากมีโปรตีน(protein)ของข้าวมอลต์ที่ยังแขวนลอยอยู่ การใช้เอนไซม์proteaseเพื่อย่อยสลายโปรตีนให้มีขนาดเล็กหรือเป็นกรดแอมิโนที่ละลายในน้ำได้ดี ช่วยทำให้เบียร์ใสขึ้น
ใช้ทำให้เนื้อนุ่ม (meat tenderizer)
ใช้ตกตะกอนเคซีน (casein)ซึ่งเป็นโปรตีนนม (milk protein) เพื่อผลิตเนยแข็ง (chesse)
การใช้ประโยชน์ของเอนไซม์
ตรวจหาความผิดปกติของ ตับอ่อน
การตรวจเลือด หาค่า P-Amylase
Amylase เป็นเอนไซที่ถูกผลิตขึ้นมาเพื่อใช้สำหรับย่อยอาหารประเภทคาร์โบไฮเดรต ซึ่งจะมีแหล่งผลิตที่สำคัญอยู่ 2 แหล่ง ได้แก่
ต่อมน้ำลาย (Salivary Amylase)
ทำหน้าที่ในการย่อยอาหารในช่องปาก
ตับอ่อน (Pancreatic Amylase / P-Amylase)
ทำหน้าที่ย่อยในลำไส้เล็ก โดยเมื่อถูกผลิตขึ้นโดยตับอ่อน จะถูกส่งผ่านทางท่อทางเดินของตับอ่อนและท่อน้ำดี ผ่านออกไปสู่ลำไส้เล็กตอนต้น
P-Amylase ได้จากการผลิตของตับอ่อน ดังนั้นค่าความผิดปกติของ P-Amylase จึงอาจบ่งชี้ได้ว่ามีความเสี่ยงเป็นโรคตับอ่อนหรือมีความผิดปกติภายในท่อตับอ่อนที่ออกไปสูลำไส้เล็ก และเพื่อให้ได้ผลการตรวจเลือดที่แน่นอน แม่นยำมากขึ้น แพทย์ก็มักจะ ตรวจหาค่า Lipase ร่วมด้วยเสมอ
หากพบความผิดปกติ นั่นอาจสันนิษฐานได้ว่ามีสาเหตุมาจากการเป็นโรคตับอ่อน ท่อตับอ่อนเกิดความเสียหายหรือตัวท่อน้ำดีตัน หรือไตมีปัญหา เป็นต้น
การตรวจเลือดหาค่า Lipase
มักจะตรวจเมื่อผู้ป่วยมีอาการปวดภายในช่องท้องอย่างรุนแรงแบบเฉียบพลัน เพราะเป็นอาการที่ยากจะวินิจฉัยจึงต้องใช้การตรวจหา Lipase เพื่อพิจารณาร่วมด้วย ซึ่งอาการปวดท้องดังกล่าวอาจเนื่องมาจาก ภาวะไส้ติ่งอักเสบแบบเฉียบพลัน(Acute
Appendicitis) หรือภาวะตับอ่อนอักเสบแบบเฉียบพลัน(Acute Pancreatitis)
ค่าผิดปกติของ Lipase หากตรวจพบค่าไปในทางมาก แสดงว่าตับอ่อนไม่สามารถควบคุมการปล่อย Lipase ออกมาได้ เช่น ตับอ่อนอักเสบแบบเฉียบพลัน(Acute Pancreatitis) ตับทรุดหนักจากการอักเสบแบบเรื้อรัง(Chronic Relapsing Pancreatitis) ตับอ่อนเป็นมะเร็ง(Pancreatic Cancer)
อาจสภาวะไตวายเรื้อรัง จึงทำให้ไตไม่สามารถกรองและขับ Lipase ออกทิ้งไปกับน้ำปัสสาวะได้
เกิดโรคหรือสภาวะร้ายแรงบางอย่างที่ลำไส้เล็ก เช่น การปิดกั้นการเคลื่อนตัวของอาหาร
การกินยารักษาโรคบางชนิด อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน ก็อาจมีผลให้ค่า Lipase ที่ตรวจพบมีความสูงขึ้นได้เช่นกัน