เอนไซม์เพื่อชีวิต
เอนไซม์เพื่อชีวิต
(Enzyme for Life)
ว่าที่ร.ต. จาตุรงค์ จงจีน
สาขาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยราชภัฏอุบลราชธานี
ความรู้เกี่ยวกับเอนไซม์
เมื่อประมาณ 200 ปีที่ผ่านมา มนุษย์ได้เริ่มรู้จักเอนไซม์ เพราะมีการใช้ส่าเหล้า หรือยีสต์ (yeast) มาหมักน้ำตาลทำให้เกิดแอลกอฮอล์ขึ้นมา แต่ก็ยังไม่ทราบว่า “อะไรก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้” จึงเรียกว่า “สิ่งที่อยู่ในส่าเหล้า” ซึ่งมาจากคำว่า In-Yeast และเปลี่ยนมาเรียกเป็น เอนไซม์ โดยคำว่า ไซม์ (Zyme) มาจากยีสต์ และอิน (In) ก็มาเป็น เอน (En) มารวมกับเป็นคำว่า เอนไซม์
ในอดีตชาวอียิปต์โบราณเชื่อว่ามีพลังที่ลึกลับและมองไม่เห็น ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงสิ่งหนึ่งให้กลายเป็นอีกสิ่งหนึ่งได้ เช่น จากนมให้เปลี่ยนเป็นเนยแข็ง น้ำ องุ่นเปลี่ยนเป็นไวน์ เป็นต้น ซึ่งต่อมานักวิทยาศาสตร์จึงทราบว่าสิ่งมหัศจรรย์นั้นที่แท้ก็คือ เอนไซม์ นั่นเอง
เอนไซม์ คือ ตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีที่เกิดในสิ่งมีชีวิต (biocatalyst) ทำให้อัตราเร็วของปฏิกิริยาเพิ่มสูงขึ้นได้ถึง 108 – 1014 เท่าของปฏิกิริยาเดิมที่ไม่มีเอนไซม์ เป็นตัวเร่ง ในปฏิกิริยาที่มีเอนไซม์เป็นตัวเร่งนั้น สารที่เข้าทำปฏิกิริยากัน (reactant) มีชื่อเรียกว่าซับสเตรต (substrate) โดยส่วนใหญ่แล้วเอนไซม์ชนิดหนึ่งๆ จะสามารถเร่งปฏิกิริยาที่มีซับสเตรตชนิดใดชนิดหนึ่งโดยเฉพาะเท่านั้น นั้นคือ เอนไซม์เป็นตัวเร่งที่มีความจำเพาะต่อซับสเตรต และเอนไซม์ส่วนใหญ่เป็นโปรตีนที่มีลักษณะเป็นก้อนกลม (globular protein) ความสามารถในการทำงานของเอนไซม์จะขึ้นอยู่กับโครงรูปของโปรตีน
นักชีวเคมีชื่อ ไมเคิลลิส และ เมนเทน (Michaelis and Menten) ได้อธิบายไว้ว่า เมื่อเอนไซม์เข้าทำปฏิกิริยากัน เอนไซม์จะจับกับสารตั้งต้นอย่างสนิทเหมือนกับ “แม่กุญแจกับลูกกุญแจ” โดยคุณสมบัติดังกล่าวจะทำให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนของเอนไซม์กับผลผลิต (enzyme product complex)
ในปี ค.ศ. 1894 อีมิล ฟิชเชอร์ ได้เสนอสมมติฐาน แม่กุญแจ-ลูกกุญแจ (lock and key hypothesis) หรือแบบจำลองแม่กุญแจกับลูกกุญแจ (lock and key model) ตามแนวความคิดแบบจำลองแม่กุญแจกับลูกกุญแจนั้นเอนไซม์เปรียบได้กับลูกกุญแจ และซับสเตรตเปรียบได้กับแม่กุญแจซึ่งจะเกิดการเปลี่ยนแปลงเมื่อไขด้วยลูก กุญแจโดยแม่กุญแจจะต้องมีรูปร่างพอเหมาะกับเอกทีฟไซด์ของลูกกุญแจเท่านั้น จึงจะรวมกับเอนไซม์และเกิดปฏิกิริยากลายเป็นผลิตภัณฑ์ นอกจากนี้เอนไซม์ยังสามารถเร่งปฏิกิริยาย้อนกลับได้ กล่าวคือ เอนไซม์เปลี่ยนซับสเตรตให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ และสามารถเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ให้เป็นซับสเตรตดังเดิมได้
ในปี ค.ศ.1959 คอชแลนด์ ได้เสนอสมมติฐานเหนี่ยวนำ (induced fit hypothesis) หรือแบบจำลองการเหนี่ยวนำ (induced fitmodel) กล่าวว่าเอกทีฟไซด์จะสามารถยืดยุ่นและเปลี่ยนภาพได้ โดยเมื่อซับสเตรตเข้าใกล้บริเวณเอกทีฟไซด์ของเอนไซม์ ซับสเตรตจะเหนี่ยวนำให้เอนไซม์เปลี่ยนลักษณะโครงรูปบริเวณเอกทีฟไซด์ให้มี ขนาดและรูปร่างพอเหมาะที่จะรวมกับซับสเตรตได้
กลไกการทำงานของเอนไซม์
บิดาแห่งวิชาเอนไซม์
ผู้ที่เรียนวิชาเอนไซม์ (Enzymology) ทุกคนจะต้องรู้จักชื่อ ดร.นายแพทย์ เอดเวิด โฮเวล (เป็น “แพทย์” และได้รับปริญญาเอกเป็น “ดอกเตอร์” ด้วย) ในฐานะผู้บุกเบิกความรู้เรื่อง “เอนไซม์” มายาวนานนับตั้งแต่ ค.ศ. 1930 (พ.ศ. 2473) โดยเริ่มจากการประกอบวิชาชีพแพทย์ พร้อมกับการศึกษาความลี้ลับของเอนไซม์ที่มาจากพืชและจากจุลินทรีย์ โดยพบว่ามีคุณสมบัติเช่นเดียวกับเอนไซม์ย่อยอาหารที่ผลิตในร่างกายมนุษย์ และสามารถทำงานทดแทนกันได้
จากผลสำเร็จของการวิจัย ดร.โฮเวลจึงได้ผลิตเอนไซม์ขึ้นมาใช้กับผู้ป่วย โดยทำเป็นอาหารเสริม เพื่อประกอบการรักษาโรคต่างๆ และพบว่า การใช้เอนไซม์เสริมนั้นได้ผลดีมากๆ ความสำเร็จชิ้นนี้ทำให้ ดร.โฮเวลได้รู้ถึงความสำคัญของเอนไซม์ชนิดต่างๆ รวมทั้งวิธีสร้างตำรับหรือสูตรของเอนไซม์เสริมที่เมาะสม และยังได้เขียนตำราเกี่ยวกับวิชาโภชนาการที่สำคัญรวม 3 เล่ม ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังนำมาใช้อ้างอิงจนทุกวันนี้ จึงสามารถกล่าวได้ว่า ดร.โฮเวล คือ “บิดาแห่งวิชาเอนไซม์”
เอนไซม์สำคัญกว่าแก๊สออกซิเจนที่ใช้หายใจ
สิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่ปราศจากเอนไซม์จะไม่สามารถดำรง ชีพอยู่ได้ แต่ถ้าเราพูดว่าอากาศ หรือ แก๊สออกซิเจนมีความสำคัญมากในมนุษย์และสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นๆ แท้จริงแล้วเป็นเพียงแค่ความสำคัญในระดับหนึ่งเท่านั้นเอง เพราะความจริงแก๊สออกซิเจนที่เราจำเป็นต้องใช้ในการหายใจ เกิดจากปฏิกิริยาเคมีในพืชใบเขียวซึ่งมีเอนไซม์เป็นตัวเร่ง โดยเปลี่ยนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ให้เป็นแก๊สออกซิเจน (O2) ต้นไม้และพืชทั้งหลายสามารถผลิตเอนไซม์ที่จะใช้ในการทำปฏิกิริยาดังกล่าวได้ โดยตัวเอง และใช้เอนไซม์เหล่านี้มาสลายแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์อีกต่อหนึ่ง ให้มาเป็นแก๊สออกซิเจนโดยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นทั้งหมดนี้ก็ต้องใช้เอนไซม์ เป็นตัวช่วย และทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถใช้ออกซิเจนเพื่อการดำรงชีพต่อไป
เอนไซม์สำคัญกว่าวิตามินหรือเกลือแร่
เอนไซม์จำเป็นสำหรับทุกปฏิกิริยาเคมีในร่างกาย เซลล์ทั้ง 60 ล้านล้านเซลล์ต้องใช้เอนไซม์เพื่อเร่งปฏิกิริยานี้ ถ้าไม่มีเอนไซม์ วิตามิน เกลือแร่ในร่างกายก็ไม่สามารถทำอะไรได้เลย เพราะสารต่างๆ ดังกล่าวคือ ตัวร่วมกับเอนไซม์ (coenzyme) ในการสร้างสรรค์สิ่งต่างๆ ทั้งเซลล์ อวัยวะและร่างกาย จนสุดท้ายคือการสร้างสิ่งมีชีวิต เมื่อไม่มีเอนไซม์ให้ร่วมทำปฏิกิริยา วิตามินและเกลือแร่เหล่านั้นก็ไร้ประโยชน์ เป็นเพียงแค่เศษผงธรรมดาในร่างกาย
เอนไซม์กับความสำคัญในร่างกาย
นักชีวเคมีเชื่อว่าเอนไซม์ที่ผลิตขึ้นในร่างกายแต่ละ คนนั้นมีจำนวนจำกัด ดังนั้นจึงต้องประหยัดเพื่อจะได้มีเอนไซม์ไว้ใช้ให้นานที่สุด ถ้าต้องการมีอายุยืนยาวและสุขภาพดี ต้องอาศัยเมแทบอลิก เอนไซม์ (Metabolic Enzyme) หรือเอนไซม์สำหรับการเผาผลาญอาหาร ซึ่งมีส่วนสำคัญในการซ่อมแซมและสร้างเซลล์ในส่วนต่างๆ ของร่างกาย เป็นภูมิต้านทานโรค ป้องกันความเสื่อมโทรมในร่างกาย แต่กฎของธรรมชาติให้ไว้ว่า ถ้าเอนไซม์ในการย่อยสลายสารอาหารไม่เพียงพอ ร่างกายต้องดึง เมแทบอลิกเอนไซม์ออกมาใช้ ซึ่งสะสมไว้ในเซลล์ต่างๆ เพื่อนำมาทำงานที่ต่ำชั้นกว่า คือ ย่อยอาหาร ทำให้เมแทบอลิกเอนไซม์หมดไป จึงทำให้พลังของชีวิตไม่เพียงพอทีจะดำรงชีพ และเป็นอันตรายต่อชีวิตได้ง่าย
ดร.เอดเวิด โฮเวล ได้ให้ข้อสังเกตไว้ว่า เอนไซม์ก็เหมือนเม็ดเงินในธนาคาร คนทั่วไปเบิกเอนไซม์จากธนาคารเอนไซม์ของตนออกมาใช้และไม่ค่อยหามาฝากกลับ คืน จึงทำให้เอนไซม์หมดไป และจะเป็นการกระทำที่ฉลาดมาก ถ้าเราจะพยายามกักตุนเอนไซม์ที่เราผลิตเองในร่างกายเอาไว้ และหาเอนไซม์จากภายนอกมาใช้แทน ผลการศึกษาโดยนักวิทยาศาสตร์ต่างก็สรุปออกมาว่า เอนไซม์คือ “สมบัติที่มีค่าของชีวิต และมีอย่างจำกัด จงใช้อย่างประหยัด”
เอนไซม์กับวิธีการใช้อย่างประหยัด
นักวิทยาศาสตร์บางท่านเชื่อว่า ถ้าเราลดจำนวนอาหารลง เราก็จะไม่สิ้นเปลืองเอนไซม์ กล่าวคือ เราจะตายช้าลง เพราะจะมีเมแทบอลิกเอนไซม์มากขึ้น เนื่องจากไม่ต้องไปช่วยในการย่อยอาหาร สามารถนำไปใช้ซ่อมแซมร่างกายให้แข็งแรง ตัวอย่างเช่น สัตว์บางชนิด (หมาและแมว) เวลาป่วยมันจะหยุดกินอาหาร และพยายามออกไปกินต้นหญ้าบางอย่าง เพราะสัตว์มีสัญชาตญาณที่จะประหยัดเอนไซม์ โดยหยุดกิจกรรมการกินอาหารและหาเอนไซม์จากพืชมาช่วยในระบบร่างกาย ใช่ว่าหมาและแมวจะฉลาดกว่ามนุษย์ แต่เป็นกฎของการอยู่รอด (Law of Survival) ซึ่งธรรมชาติเป็นผู้กำหนด ทำให้สัตว์ต้องกระทำอย่างนั้นด้วยสัญชาตญาณเพื่อการดำรงเผ่าพันธุ์ไว้
เอนไซม์กับชีวิตที่ยืนยาว
ถ้าเอนไซม์ในร่างกายมีมากพอ มนุษย์อาจมีอายุยืนถึง 120 ปีได้ เพราะเซลล์ในร่างกายสามารถแบ่งตัวได้ตามกำหนดของนาฬิกาชีวิต ถ้าเอนไซม์ในร่างกายมีระดับต่ำ โอกาสที่จะป่วยเป็นโรคเรื้อรังต่างๆ เกิดขึ้นได้ง่ายมาก ดร.ฮัมบาท แซนติลโล ได้เขียนไว้ในหนังสือชื่อ “เอนไซม์ในอาหาร” ว่า คนเราแต่ละคนหรือสิ่งมีชีวิตทั้งหลายควรพิจารณาว่าที่แท้จริง สุขภาพ ของเขาคือปฏิกิริยาเคมีของเอนไซม์ที่บูรณาการเข้าด้วยกันอย่างมีระบบ จึงทำให้ทุกเซลล์ของร่างกายดำเนินไปอย่างปกติสุข
นักวิจัยยังพบว่าผู้ป่วยที่เป็นมะเร็งจะมีระดับเอนไซม์ในเลือดต่ำกว่า ปกติทุกราย อย่างไรก็ดีผู้ที่ต้องการมีอายุยืนและสุขภาพแข็งแรง นอกจากจะระวังในเรื่องการกินอาหารสดและอุดมไปด้วยเอนไซม์แล้ว ยังต้องรักษาสุขภาพด้านอื่นๆ ด้วย เช่น ออกกำลังกาย ไม่สูบบุหรี่ ไม่ดื่มเหล้า มีทัศนคติที่ดีในการดำรงชีวิต เป็นต้น และท่านจะมีชีวิตที่ยืนยาวตราบเท่าที่ร่างกายท่านยังมีการทำงานของเอนไซม์ ตามปกติ
เอนไซม์กับบทสุดท้ายของชีวิต
ท่านคงไม่ทราบว่า ความตายมารอและอาศัยอยู่กับท่านนับตั้งแต่ท่านได้เกิดและมีชีวิตตลอดมา แท้จริงแล้วร่างกายคนเรามีเอนไซม์อยู่กลุ่มหนึ่งชื่อ คาเทพซิน (Cathepsin) สะสมอยู่ในร่างกายมาตั้งแต่เกิด โดยจับคู่อยู่กับตัวยับยั้งหรือตัวที่มีหน้าที่บังคับมัน ไม่ยอมให้เอนไซม์คาเทพซินทำงานได้จนกว่าจะถึงเวลาที่กำหนด เอนไซม์ตัวนี้ธรรมชาติได้สร้างไว้กับมนุษย์เพื่อใช้เมื่อตาย โดยจะย่อยซากศพให้เน่าเปื่อยจนเหลือแต่กระดูกในที่สุด แต่ในขณะที่เรายังมีชีวิตอยู่นั้น ตัวยับยั้งจะทำหน้าที่อย่างเข้มแข็งและสุดความสามารถ เพื่อไม่ให้เอนไซม์คาเทพซินย่อยตัวเราทั้งเป็น แต่สังขารเป็นสิ่งไม่เที่ยง เมื่อท่านตายไปแล้วตัวยับยั้งก็หยุดทำงานไป เมื่อสภาพแวดล้อมของร่างกายเกิดการเปลี่ยนแปลง เอนไซม์คาเทพซินก็ถือโอกาสอันมีค่าแผลงฤทธิ์ของมันอย่างเต็มที่ ย่อยสลายร่างที่ไร้วิญญาณ ไม่มีวามรู้สึก จนศพเน่าเปื่อยไปในที่สุด แต่ในปัจจุบันแพทย์และนักวิทยาศาสตร์ใช้การแช่แข็งด้วยความเย็นจัดเก็บร่าง ของศพเอาไว้ ไม่ยอมให้ตัวยับยั้งสลายไปกับสังขาร ทำให้ตัวยับยั้งจึงยังคงอยู่เพื่อทำหน้าที่เป็นตัวห้ามเอนไซม์คาเทพซินต่อ ไป
เอกสารอ้างอิง
ปราณี อ่านเปรื่อง. เอนไซม์ทางอาหาร. กรุงเทพฯ: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2534
พัชรา วีระกะลัส. เอนไซม์. พิมพ์ครั้งที่ 2. กรุงเทพฯ: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2543
รัชนี ตัณฑะพานิชกุล. เคมีอาหาร. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์ชวนชม, 2535.
สมศักดิ์ วรคามิน. เอนไซม์ กุญแจแห่งชีวิต. พิมพ์ครั้งที่ 2. กรุงเทพ: สามเจริญพานิชย์ (กรุงเทพ) จำกัด, 2550
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น