เอนไซม์ คือ ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ

Synthetic Biology with Metabolic Pathways

We create transgenic plants and plant tissue capable of producing unnatural or “new-to-nature” products, focusing on the medicinal plant Catharanthus roseus. This reprogramming of biosynthetic pathways to produce unnatural products may lead to the development of molecules with improved pharmacological activities. For example, we have reengineered a biosynthetic enzyme to display broader substrate specificity, and transformed that enzyme into C. roseus root culture to engineer production of natural product variants.

    We can transform a reengineered enzyme into C. roseus hairy root tissue. This enables the plant to produce chlorinated, brominated and methylated versions of alkaloid products.
     Reconstitution of plant pathways in more tractable host organisms such as yeast or E. coli– often called synthetic biology- is an exciting opportunity to facilitate the production of otherwise difficult to obtain plant molecules. We are exploring ways to efficiently reconstitute individual branches of the plant alkaloid pathways in tractable host organisms, such as Nicotiana benthamiana, to improve production yields and cost.

          เอนไซม์ ( Enzyme )เอนไซม์ คือ ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ เป็นสารประกอบพวกโปรตีน สามารถลดพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา เอนไซม์จะเร่งเฉพาะชนิดของปฏิกิริยา และชนิดของสารที่เข้าทำปฏิกิริยา

การเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์

                           E เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (เอนไซม์)
                           S เป็นสารตั้งต้นเรียกว่า สับสเตรต และ P เป็นสารผลิตภัณฑ์

E + S	--------------->	ES	--------------->	E + P
		สารเชิงซ้อน

ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์

        1. ชนิดของสารที่เอนไซม์ไปควบคุมปฏิกิริยา                    
        2. ความเข้มข้นของสับสเตรดเปลี่ยนตามอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์
        3. ความเข้มข้นของเอนไซม์เปลี่ยนตามอัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์
        4. ความเป็นกรด-เบสของสารละลาย ส่วนมากเอนไซม์จะทำงานได้ดีในช่วง pH เป็นเบสเล็กน้อย แต่อย่างไรก็    ตามเอนไซม์จะเร่งปฏิกิริยาให้เกิดเร็วในช่วง pH ใดก็ขึ้นอยู่กับชนิดของสับสเตรตนั้น ๆ
        5. อุณหภูมิ อุณหภูมิที่ 37 ํC เป็นอุณหภูมิที่เอนไซม์ส่วนใหญ่ทำงานได้ดี อุณหภูมิสูงเกินไปจะทำให้การทำงานของเอนไซม์เสื่อมไป เพราะเอนไซม์เป็นโปรตีนเมื่ออุณหภูมิสูงเอนไซม์ถูกทำลายธรรมชาติไป
        6. สารยับยั้งปฏิกิริยาของเอนไซม์ สารบางชนิดเมื่อรวมตัวเอนไซม์จะทำให้เอนไซม์ทำงานช้าลงหรือหยุดทำงานได้
        7. สารกระตุ้น เอนไซม์บางชนิดต้องการไอออนพวกอนินทรีย์เป็นตัวกระตุ้น จึงจะเกิดการทำงานและเกิดอัตราการเกิดปฏิกิริยา
            ระบบย่อยอาหาร           อวัยวะที่เกี่ยวข้องกับการย่อยอาหาร
            การย่อยในปาก
    การย่อยในร่างกายของคนแบ่งเป็น 2 แบบ แบบแรก คือการย่อยเชิงกล โดยการใช้ฟันบดเคี้ยว หรือการบีบรัดของทาง เดินอาหาร แบบที่ 2 คือ การย่อยทางเคมี โดยการใช้น้ำย่อยหรือเอนไซม์ ทำให้อาหารมีโมเลกุลเล็กลง
การย่อยเชิงกลเริ่มตั้งแต่ปาก ในปากมีฟันทำหน้าที่บดเคี้ยวอาหารให้ละเอียด คนมีฟัน 2 ชุด ชุดแรก เรียกฟันน้ำนม มี 20 ซี่ ชุดที่ 2 เรียกฟันแท้มี 32 ซี่ บางคนอาจไม่มีครบเนื่องจากฟันขึ้นไม่ครบ
      นอกจากนั้น แล้ว ในปากยังมีน้ำลายที่ผลิตจากต่อมน้ำลายประมาณวันละ 1-1.5 ลิตร ในน้ำลายมีเอนไซม์อะไมเลสสามารถย่อย แป้งให้เป็นน้ำตาลได้ แป้งที่ถูกย่อยส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของน้ำตาลโมเลกุลคู่ คือ น้ำตาลมอลโทส และเอนไซม์ในน้ำลายจะทำงานได้ดีระหว่างค่าพีเอช 6.4-7.2
การย่อยในกระเพาะอาหาร
     ผนังกระเพาะอาหารมีกล้ามเนื้อหนาแข็งแรงมาก และยืดหยุ่น ภาวะปกติมีขนาด 50 ลบ.ซม. เมื่อมีอาหารจะขยายความจุได้ ถึง 1,000-1,200 ลบ.ซม. กระเพาะอาหารมีกล้ามเนื้อหูรูด 2 แห่ง คือ หูรูดส่วนต้นที่ต่อกับหลอดอาหาร และกล้ามเนื้อหูรูที่ต่อกับลำไส้เล็ก กระเพาะอาหารจะสร้างกรดเกลือ(ไฮโดรคลอริก)และเอนไซม์ ตามปกติอาหารจะอยู่ในกระเพาะอาหารประมาณ 30 นาที ถึง 3 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับชนิดของอาหาร
     เอนไซม์ที่กระเพาะอาหารสร้าง ได้แก่ เพปซิน ทำหน้าที่ย่อยโปรตีนโมเลกุลใหญ่ให้เป็นโมเลกุลเล็กลง แต่ยังไม่เล็กที่สุดที่จะสามารถแพร่เข้าสู่เซลล์ได้

การย่อยในลำไส้เล็ก
     อาหารจะเคลื่อนจากกระเพาะอาหารผ่านกล้ามเนื้อหูรูดเข้าสู่ลำไส้เล็ก การย่อยอาหารในลำไส้เล็กเกิดจากการทำงานของอวัยวะ 3 ชนิด คือ ตับอ่อน ผนังลำไส้เล็ก และตับ
   ตับอ่อน     ทำหน้าที่สร้างเอนไซม์หลายชนิด เช่น อะไมเลส ย่อยคาร์โบไฮเดรตให้เป็นกลูโคส ไลเพส ย่อยไขมันให้เป็นกรดไขมัน และกลีเซลรอล ส่วนเอนไซม์ทริปซิน ย่อยโปรตีนให้เป็นกรดอะมิโน นอกจากนี้ ตับอ่อนยังสร้างสารโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอ- เนต ซึ่งมีฤทธิ์เป็นเบสอ่อนออกมาเพื่อลดความเป็นกรดของอาหารที่มาจากกระเพาะอาหาร
   ลำไส้เล็ก    มีลักษณะเป็นท่อยาวประมาณ 7 เมตร ขดอยู่ในช่องท้อง ลำไส้เล็กส่วนต้นต่อจากระเพาะอาหาร ยาวประมาณ 0.30 เมตร เรียก ดูโอดินัม ลำไส้เล็กส่วนกลางยาวประมาณ 2.5 เมตร เรียก เจจูนัม และส่วนของลำไส้เล็กส่วนสุดท้ายยาวประมาณ 4 เมตร เรียก ไอเลียม ผนังด้านในของลำไส้เล็กมีลักษณะเป็นปุ่มไม่เรียบ เรียกว่า วิลไล
ตับ ทำหน้าที่สร้างน้ำดีเก็บไว้ที่ถุงน้ำดี จากถุงน้ำดีมีท่อมาเปิดเข้าสู่ลำไส้เล็กส่วนดูโอดินัมน้ำดีจะช่วยกระจายไขมันให้แตกตัว ออกเป็นเม็ดเล็กๆ แล้วเอนไซม์ไลเพสจะทำการย่อยต่อไป จนได้กรดไขมันและกลีเซอรอล นอกจากนี้ตับยังทำหน้าที่ทำลายเชื้อ โรคและสารบางชนิดที่เป็นอันตรายต่อร่างกาย รวมทั้งเก็บสะสมวิตามินและธาตุเหล็ก

การย่อยที่ในลำไส้เล็ก ต้องอาศัยเอนไซม์จากตับอ่อน (Pancreas)ซึ่งประกอบด้วยเอนไซม์ต่างๆดังนี้
1. ทริปซิน (Trypsin) เป็นเอนไซม์ที่ย่อยโปรตีนหรือเพปไทด์ให้เป็นกรดอะมิโน
2. อะไมเลส (Amylase) เป็นเอนไซม์ที่ย่อยแป้งให้เป็นน้ำตาลกลูโคส
3. ไลเพส ( Lipase) เป็นเอนไซม์ที่ย่อยไขมันและกลีเซอรอล
สรุป การย่อยอาหารประเภทต่างๆ ในลำไส้เล็ก
คาร์โบไฮเดรต
แป้ง เอนไซม์ อะไมเลส ได้น้ำตาลกลูโคส
มอลโทส เอนไซม์ มอลเทส ได้ น้ำตาลกลูโคส+น้ำตาลกลูโคส
ซูโครส เอนไซม์ ซูเครส ได้ น้ำตาลกลูโคส+น้ำตาลฟรุกโทส
แลกโทส เอนไซม์ แลกเทส ได้ น้ำตาลกลูโคส+น้ำตาลกาแลกโทส
โปรตีน
โปรตีนหรือเพปไทด์ เอนไซม์ ทริปซิน ได้ กรดอะมิโน
ไขมัน
ไขมัน น้ำดี ได้ ไขมันขนาดเล็ก เอนไซม์ไลเพส ได้ กรดไขมัน + กลีเซอรอล