เอ็นไซม์ (Enzyme) กลุ่มโปรตีนเพื่อเร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมี ที่เกิดขึ้นภายในเซลล์

เอ็นไซม์ (Enzyme) คือกลุ่มโปรตีนที่พบได้ในพืช สัตว์ และจุลินทรีย์ โดยมีหน้าที่ในการเร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นภายในเซลล์นั้นๆ และมีส่วนช่วยในการทำงานของระบบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นการสังเคราะห์องค์ประกอบภายในเซลล์ ระบบย่อยอาหาร ซึ่งจะทำหน้าที่ในการย่อยสลายโมเลกุลของอาหารที่มีขนาดใหญ่ให้เล็กลงมากกว่าเดิม ดังนั้น เอนไซม์จึงถือเป็นสิ่งจำเป็นในร่างกายมนุษย์ เพราะถ้าหากร่างกายขาดเอนไซม์ ก็จะไม่มีตัวช่วยในการย่อยสลายและดูดซึมอาหารเพื่อนำไปหล่อเลี้ยงส่วนต่างๆ ได้

นอกจากนี้ เอนไซม์ ยังถือเป็นส่วนจำเป็นซี่งทำหน้าที่ร่วมกับโคเอนไซม์ (Coenzymes) ซึ่งก็คือวิตามินและแร่ธาตุต่างๆ ที่มีความจำเป็นต่อร่างกาย โดยเอนไซม์นั้นจะเป็นตัวกระตุ้นที่ดีสำหรับโคเอนไซม์ในการนำเอาสารอาหารและแร่ธาตุไปหล่อเลี้ยงส่วนต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ หากทำงานแยกกัน วิตามินและแร่ธาตุเหล่านั้นก็จะไม่เกิดการกระตุ้นที่เหมาะสมได้นั่นเอง

โคเอนไซม์ คือ สารที่ช่วยเสริมการทำงานของเอนไซม์ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเร่งปฏิกิริยาเคมีในร่างกาย เปรียบเสมือน “ผู้ช่วย” ของเอนไซม์ โดยมักจะมาจากวิตามินหรือสารอาหารอื่นๆ ที่เรากินเข้าไป

ตัวอย่างของโคเอนไซม์

• โคเอนไซม์ Q10 (Coenzyme Q10): ช่วยในการสร้างพลังงานให้กับเซลล์และเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ
• NAD+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide): มาจากวิตามินบี 3 ช่วยในกระบวนการเผาผลาญอาหารเพื่อสร้างพลังงาน
• FAD (Flavin Adenine Dinucleotide): มาจากวิตามินบี 2 ช่วยในกระบวนการเผาผลาญไขมันและคาร์โบไฮเดรต

คุณสมบัติทั่วไปของเอนไซม์

เอนไซม์ในร่างกายของมนุษย์มีคุณสมบัติและหน้าที่ในการทำงานต่างๆ ดังต่อไปนี้

1. เอนไซม์มีโครงสร้างการทำงานมาจากโปรตีน

เอนไซม์จะมีสารประกอบหลักเป็นโปรตีนเสียเป็นส่วนใหญ่ แต่สำหรับเอนไซม์บางชนิดนั้นก็จะมีสารประกอบอื่นๆ ที่ไม่ใช่โปรตีนรวมอยู่ด้วย เรียกว่า โฮโลเอนไซม์ โดยเอนไซม์ที่มีสารประกอบเป็นไอออนของโลหะจะเรียกว่า โคแฟกเตอร์ ส่วนเอนไซม์ที่ส่วนประกอบเป็นสารอินทรีย์เรียกว่า โคเอนไซม์

โฮโลเอนไซม์ (Holoenzyme) คือ เอนไซม์ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ โดยมีทั้งส่วนโปรตีน (เรียกว่า อะโปเอนไซม์) และส่วนที่เป็นโคแฟกเตอร์หรือโคเอนไซม์ ซึ่งเป็นตัวช่วยให้เอนไซม์ทำงานได้เต็มที่ เปรียบเสมือนเครื่องมือที่มีทุกชิ้นครบพร้อมใช้งาน

2. หน้าที่ของเอนไซม์แต่ละชนิดมีความเฉพาะเจาะจง

เอนไซม์แต่ละชนิดจะทำงานร่วมกับสารตั้งตนแบบเจาะจง ทำให้เอนไซม์ชนิดที่ย่อยไขมันโดยเฉพาะจะไม่สามารถย่อยสลายแป้งได้ เช่นเดียวกับเอนไซม์ที่ย่อยสลายแป้งเป็นหลัก ก็จะไม่สามารถย่อยสลายโปรตีนได้เช่นเดียวกัน

3. เอนไซม์ มีความไวต่อปฏิกิริยามาก

แม้จะมีปริมาณเอนไซม์เพียงเล็กน้อย แต่เอนไซม์จำนวนนั้นก็สามารถเร่งปฏิกิริยาได้อย่างรวดเร็ว และทำให้กระบวนการต่างๆ ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ หากร่างกายขาดเอนไซม์ไป ก็จะทำให้ปฏิกิริยาเคมีทุกชนิดที่เกิดขึ้นในร่างกายเกิดขึ้นได้ช้ามาก จนกระทั่งชีวิตไม่สามารถอยู่รอดได้

4. เอนไซม์จะคงสภาพเดิมหลังจากผ่านพ้นการเกิดปฏิกิริยา

เอนไซม์มีวัฏจักรการทำงานไม่จบสิ้น โดยหลังจากการทำปฏิกิริยาสิ้นสุดแล้ว เอนไซม์จะกลับสู่สภาวะเดิม เพื่อรอสารตั้งต้นตัวใหม่ที่จะเข้ามาทำปฏิกิริยาด้วยอีกครั้ง

การทำงานของเอนไซม์

กระบวนการทำงานของเอนไซม์นั้นจะตรงเข้าไปจับตัวกับสารตั้งต้นแบบเฉพาะเจาะจง คล้ายกับลูกกุญแจและแม่กุญแจ ที่สามารถเข้าล็อคกันและกันได้เป็นอย่างดี ซึ่งเมื่อจับคู่กันแล้ว ก็จะทำการเร่งปฏิกิริยากับสารตั้งต้นนั้นๆ ให้เร็วกว่าปฏิกิริยาซึ่งเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ทำให้กระบวนการต่างๆ สามารถเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็วในระยะเวลาที่เร็วกว่าการไม่มีเอนไซม์มาเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้เห็นผลลัพธ์ของประสิทธิภาพในการดำรงชีวิตที่ดีมากยิ่งขึ้น

หากร่างกายมนุษย์ปราศจากซึ่งสารเอนไซม์ที่มีประโยชน์ในการเร่งปฏิกิริยา ก็จะทำให้เกิดความผิดปกติในรูปแบบต่างๆ ได้ จนนำไปสู่สาเหตุของการเกิดโรคร้ายที่ไม่คาดคิดตามมา ดังนั้นเอนไซม์จึงถือเป็นสิ่งสำคัญในร่างกายมนุษย์และสัตว์ที่มีประโยชน์ทำให้กระบวนการต่างๆ ในร่างกายทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และจำเป็นต่อการดำรงชีวิต

ประเภทของเอนไซม์

เอนไซม์ที่พบได้ในร่างกายนั้น มีด้วยทั้งหมด 6 ประเภท แบ่งตามปฏิกิริยาที่จับสารตั้งต้นที่แตกต่างกันได้ ดังนี้

1. เอนไซม์ไลเอส (Lyases)

เป็นเอนไซม์ซึ่งทำหน้าที่ร่วมกับสารตั้งต้นอย่างโปรตอนไฮโดรเจนในการเร่งการแยกอนุภาค ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโครงสร้างในสารผลิตภัณฑ์ เอนไซม์กลุ่มนี้ทำหน้าที่แยกสารประกอบโดยไม่ต้องใช้น้ำ โดยมักทำงานในการสร้างพันธะคู่หรือทำให้สารประกอบใหญ่แยกออกเป็นสารขนาดเล็ก

• Decarboxylase (ดีคาร์บอกซิเลส) ทำหน้าที่แยกคาร์บอกซิลกรุ๊ป (COOH) ออกจากกรดคาร์บอกซิลิก ซึ่งสำคัญในกระบวนการเมตาบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต
• Aldolase (อัลโดเลส) เอนไซม์นี้ทำหน้าที่แยกสารประกอบของน้ำตาล เช่น ในกระบวนการไกลโคไลซิส (Glycolysis) ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตพลังงาน

2. เอนไซม์ไลเกส (Ligase)

เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ในการเร่งการเชื่อมพันธะระหว่าง 2 โมเลกุล โดยมีบทบาทในการสังเคราะห์ไขมันโปรตีน และสารที่มีขนาดใหญ่ในร่างกาย เอนไซม์กลุ่มนี้ทำหน้าที่เชื่อมต่อโมเลกุลสองโมเลกุลเข้าด้วยกันโดยใช้พลังงานจากการสลาย ATP มักเกี่ยวข้องกับการสร้างสารประกอบใหม่ เช่น กรดนิวคลีอิก (DNA และ RNA)

• DNA Ligase (ดีเอ็นเอ ไลเกส) ทำหน้าที่เชื่อมต่อสาย DNA ที่ถูกแยกออกในระหว่างกระบวนการจำลองหรือซ่อมแซม DNA โดยเฉพาะในกระบวนการซ่อมแซมความเสียหายของพันธุกรรม

3. เอนไซม์ไฮโดรเลส (Hydrolase)

เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ในการเร่งสลายพันธะเคมีของสารต่างๆ โดยเป็นเอนไซม์ที่ร่างกายใช้ในการย่อยอาหารที่รับประทานเข้าไปส่วนใหญ่ เอนไซม์กลุ่มนี้ทำงานโดยการเติมน้ำ (H₂O) ลงในปฏิกิริยาเคมีเพื่อแยกสารประกอบใหญ่ออกเป็นส่วนเล็ก ๆ ซึ่งพบในระบบย่อยอาหารเป็นหลัก

• Amylase (แอมมิเลส) ทำหน้าที่ในการย่อยแป้งที่พบในอาหารประเภทข้าว ขนมปัง และพาสต้า ให้กลายเป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยวหรือเชิงซ้อน เช่น มอลโตสหรือกลูโคส
• Protease (โปรตีเอส) ทำหน้าที่ในการย่อยโปรตีนที่พบในเนื้อสัตว์ ไข่ และถั่ว ให้เป็นกรดอะมิโน ซึ่งเป็นหน่วยย่อยที่สุดของโปรตีน
• Lipase (ไลเปส) ช่วยในการย่อยไขมันที่มาจากอาหารประเภทน้ำมัน เนื้อสัตว์ และผลิตภัณฑ์จากนม ให้กลายเป็นกรดไขมันและกลีเซอรอล

4. เอนไซม์ทรานเฟอเรส (Transferase)

เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ในการเร่งปฏิกิริยาในการย้ายเคมีต่างๆ จากตัวผู้ให้ไปยังตัวผู้รับได้ดียิ่งขึ้น เอนไซม์กลุ่มนี้ทำหน้าที่ถ่ายโอนกลุ่มเคมี เช่น กลุ่มเมธิล, กลุ่มอะมิโน, หรือกลุ่มฟอสเฟต จากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง มีบทบาทสำคัญในกระบวนการสร้างและการทำลายสารต่าง ๆ ในเซลล์

• Kinase (ไคเนส) เอนไซม์นี้ถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตจาก ATP (adenosine triphosphate) ไปยังสารประกอบอื่น ๆ เช่น ในกระบวนการสร้างพลังงานของเซลล์
• Transaminase (ทรานซามิเนส) เอนไซม์นี้ถ่ายโอนกลุ่มอะมิโนจากกรดอะมิโนไปยังคีโตแอซิดในกระบวนการสร้างกรดอะมิโนใหม่

5. เอนไซม์ออกซิโดรีดักเทส (Oxedoreductase)

เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการถ่ายอิเล็กตรอนระหว่างตัวเอนไซม์และสารตั้งต้น เอนไซม์ในกลุ่มนี้ทำงานเกี่ยวกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างโมเลกุลต่าง ๆ ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชัน โดยมีบทบาทสำคัญในกระบวนการเมตาบอลิซึมของเซลล์

• Dehydrogenase (ดีไฮโดรจีเนส) เอนไซม์นี้ทำหน้าที่ดึงเอาไฮโดรเจนออกจากสาร เช่น ในกระบวนการเผาผลาญน้ำตาลเพื่อสร้างพลังงาน
• Oxidase (ออกซิเดส) ทำหน้าที่เติมออกซิเจนให้กับสารที่กำลังถูกออกซิไดส์ เช่น การเปลี่ยนสารพิษให้เป็นสารที่สามารถกำจัดออกได้

6. เอนไซม์ไอโซเมอเรส (Isomerase)

เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ร่วมกับสารตั้งต้นในการเร่งการเปลี่ยนแปลงของไอโซเมอร์ เอนไซม์กลุ่มนี้ทำหน้าที่ปรับเปลี่ยนโครงสร้างของโมเลกุลให้เป็นไอโซเมอร์ (isomers) ซึ่งเป็นสารที่มีสูตรโมเลกุลเดียวกันแต่มีการเรียงตัวของอะตอมต่างกัน

• Isomerase (ไอโซเมอเรส) ทำหน้าที่ปรับเปลี่ยนไอโซเมอร์ เช่น การเปลี่ยนกลูโคส (glucose) ให้เป็นฟรุกโตส (fructose) ซึ่งพบในกระบวนการเมตาบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต

ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์

การทำงานของเอนไซม์จะมีประสิทธิภาพมากน้อยแค่ไหนนั้น ล้วนแล้วแต่ขึ้นอยู่กับปัจจัย ดังนี้

1. ความเข้มข้นของ Substrate ที่เปลี่ยนไปตามอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์
2. ความเข้มข้นของเอนไซม์ที่เปลี่ยนแปลงไปตามอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์
3. ชนิดของสารที่เข้าไปเป็นตัวควบคุมปฏิกิริยาของเอนไซม์
4. อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรบการทำปฏิกิริยาของเอนไซม์ หากสูงมากเกิน 37 องศาเซลเซียส หรือต่ำกว่านั้นก็อาจจะทำให้เอนไซม์ทำงานได้ไม่เต็มที่ หรืออาจเสื่อมสภาพลงไปได้
5. สารยับยั้งปฏิกิริยาของเอนไซม์ ที่มีส่วนทำให้การทำงานของเอนไซม์กับสารตั้งต้นช้าลงหรือหยุดทำงานได้
6. สารกระตุ้นบางชนิด ที่จะช่วยส่งผลทำให้เอนไซม์ทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ทำให้ยิ่งเร่งเวลาในการเกิดปฏิกิริยาได้
7. ความเป็นกรดและเบสของสารละลาย ซึ่งโดยส่วนมากแล้วเอนไซม์จะทำงานได้ดีในช่วงที่ pH มีค่าเป็นเบส

การทดลองเรื่องเอนไซม์แบบง่าย ๆ

สามารถทำได้ที่บ้านคือการทดลองเรื่องของ เอนไซม์ในน้ำลาย (Amylase) เพื่อดูการย่อยแป้ง ซึ่งเป็นตัวอย่างง่ายที่แสดงถึงการทำงานของเอนไซม์ได้อย่างชัดเจน

สิ่งที่ต้องเตรียม:

1. แป้งข้าวโพดหรือแป้งมันสำปะหลัง (ประมาณ 1 ช้อนโต๊ะ)
2. น้ำเปล่า
3. น้ำลาย (สามารถใส่ในถ้วยเล็ก ๆ)
4. ถ้วยและช้อน
5. น้ำยาไอโอดีน (ถ้ามี)

ขั้นตอนการทดลอง:

1. ผสมแป้งกับน้ำในถ้วยให้เป็นสารละลายข้นๆ
2. แบ่งสารละลายแป้งออกเป็นสองส่วน
   • ส่วนที่ 1: เติมน้ำลายลงไป
   • ส่วนที่ 2: ไม่เติมน้ำลาย (ควบคุมการทดลอง)
3. คนให้เข้ากันและทิ้งไว้สักพัก (ประมาณ 5-10 นาที)
4. สังเกตการเปลี่ยนแปลง:
   • ส่วนที่มีน้ำลาย จะแสดงให้เห็นว่าแป้งถูกย่อย ทำให้สารละลายใสขึ้น เนื่องจากเอนไซม์ Amylase ในน้ำลายย่อยแป้งให้เป็นน้ำตาล
   • ส่วนที่ไม่มีน้ำลาย จะยังคงขุ่นเพราะไม่มีเอนไซม์มาย่อยแป้ง

ถ้ามี น้ำยาไอโอดีน ให้หยดลงบนสารละลายแป้งทั้งสอง ถ้าแป้งยังไม่ถูกย่อย น้ำยาจะเปลี่ยนเป็นสีม่วง-ดำ แต่ถ้าแป้งถูกย่อย น้ำยาจะไม่เปลี่ยนสีมาก การทดลองนี้แสดงให้เห็นถึงการทำงานของเอนไซม์ Amylase ในการย่อยแป้ง

การกินอาหารที่มีปริมาณเอนไซม์สูงจะส่งผลดีกับร่างกาย เพราะจะทำให้กระบวนการเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญต่างๆ เป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทั้งนี้ก็ไม่ควรละเลยการดูแลสุขภาพที่เหมาะสม เช่น การออกกำลังกาย การพักผ่อนให้เพียงพอ เพื่อกระตุ้นร่างกายให้สามารถผลิตปริมาณเอนไซม์ออกมาได้อย่างพอเพียง และทำงานได้อย่างสมบูรณ์