Transcript COENZYME - ชีวเคมี กำแพงแสน Biochemistry KU KPS

ENZYMES
& COENZYMES
อ. ชัยวัฒน์ วามวรรัตน์
ตัวเร่ง (catalyst) คือ สารที่ช่วยเร่งอัตราเร็วของปฏิกิริยาเคมี
โดยที่ตวั มันเองไม่ถกู เปลี่ยนแปลงไปจากเดิมด้วยปฏิกิริยานันน
เอนไซม์ : ตัวเร่งทางชีวภาพ (biological catalyst)
ช่วยลดพลังงานการกระตน้ ุ ที่ตอ้ งใช้สาหรับปฏิกิรยิ าหนึ่ง
เอนไซม์มีสมบัติเด่น คือ
1. อัตราเร็วที่เร่งโดยเอนไซม์จะสูงมาก อาจสูงถึง 106 เท่าหรือ
มากกว่าปฏิกิรยิ าที่ปราศจากตัวเร่งหรือเร่งโดยตัวเร่งอนินทรีย ์
×x
x
เอนไซม์มีสมบัติเด่น คือ
2. มีความจาเพาะต่อปฏิกิรยิ า เกิดผลิตภัณฑ์ไม่พึงประสงค์
น้อยมาก นอกจากนีนยงั มีความจาเพาะต่อสับสเตรท
“reaction specificity”
“substrate specificity”
เอนไซม์มีสมบัติเด่น คือ
3. เอนไซม์มีโครงสร้างที่ซบั ซ้อน จึงถ ูกควบค ุมการทางาน
ได้ ซึ่งเป็นผลดียงิ่ และจาเป็นต่อสิ่งมีชีวิตในการสงวน
พลังงานและวัตถ ุดิบไว้
ENZYME NOMENCLATURE
 ระยะเริ่มแรก การตังน ชื่อของเอนไซม์มกั กาหนดโดยผูค้ น้ พบ
โดยทัว่ ไปไม่ได้บ่งถึงการทางานแต่อย่างใด เช่น
- Trypsin
- Pepsin
 ชื่อของเอนไซม์โดยทัว่ ไปมักลงท้ายด้วย –ase ต่อท้ายชื่อ
สับสเตรทที่เกี่ยวข้องในปฏิกิรยิ า
- proteinase
- urease
ENZYME NOMENCLATURE
เพื่อแก้ไขปัญหาความสับสน
International Union Biochemistry (IUB) ได้วางระบบการ
ตังน ชื่อไว้ตามชนิดรูปแบบปฏิกิรยิ าที่เอนไซม์นนัน ทาหน้าที่แบ่ง
ออกเป็น 6 ประเภท คือ
1. Oxidoreductase
2. Transferase
3. Hydrolase
4. Lyase
5. Isomerase
6. Ligase
ENZYME NOMENCLATURE
เร่งปฏิกิรยิ าออกซิเดชัน-รีดีกชัน ได้แก่
dehydrogenase
oxidase
oxygenase
reductase
peroxidase
hydroxylase
ENZYME NOMENCLATURE
เร่งปฏิกิรยิ าที่เกี่ยวข้องกับการส่งถ่ายหมูท
่ าหน้าที่
(functional group) จากโมเลก ุลหนึ่งไปสูอ
่ ีกโมเลก ุลหนึ่ง
เช่น หมูอ่ ะมิโน หมูค
่ าร์บอกซี หมูค
่ าร์บอนิล หมูเ่ มทธิล
หมูฟ
่ อสฟอริล และหมูเ่ อซิล (RC=O)
ซึ่งโดยทัว่ ไปมักมีคานาหน้า “trans” เช่น
transcarboxylase
transmethylase
ENZYME NOMENCLATURE
เร่งปฏิกิรยิ าการย่อยสลายพันธะที่ตอ้ งอาศัยนนาเข้าร่วมใน
ปฏิกิรยิ า เช่น
esterase
phosphatase
peptidase
ENZYME NOMENCLATURE
เร่งปฏิกิรยิ าที่เกี่ยวกับพันธะคู่ โดยโมเลก ุล เช่น H2O CO2
และ NH3 ถูกดึงออกเพื่อให้เกิดพันธะคูข่ น ึนในโมเลก ุลหรือถูก
เติมเข้าสูพ
่ นั ธะคู่ เช่น
decarboxylase
hydratase
deaminase
synthase
ENZYME NOMENCLATURE
เร่งปฏิกิรยิ าหลายรูปแบบที่เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงโครงสร้าง
ใหม่ภายในโมเลก ุลเดียวกัน เช่น
: epimerase เร่งปฏิกิรยิ าการกลับสลับตาแหน่งของอะตอม
คาร์บอนที่ไม่สมมาตร (asymmetric carbon)
: mutase เร่งปฏิกิรยิ าส่งถ่ายหมูท
่ าหน้าที่ภายในโมเลก ุล
เดียวกัน
ENZYME NOMENCLATURE
เร่งปฏิกิรยิ าการเกิดพันธะระหว่างสับสเตรท 2 โมเลก ุล
พลังงานที่ให้แก่ปฏิกิรยิ ามักมีที่มาจากการสลาย ATP
ENZYME NOMENCLATURE
ชื่อตามระบบ L-ascorbate : oxygen oxidoreductase
เลขรหัส EC 1.10.3.3
ชื่อทัว่ ไป Ascorbic oxidase
กรณีที่ทราบแหล่งที่มา จะระบ ุควบไปด้วยและอาจระบ ุลงลึกถึงว่ามาจากส่วนใดภายในเซลล์
เช่น จากไมโตคอนเดรีย เนื่องจากเอนไซม์ที่มีที่มาจากแหล่งกาเนิดที่ต่างกันมักมีสมบัติที่
ต่างกัน
ชื่อตามระบบและเลขรหัสโดยทัว่ ไปมักใช้ในการตีพิมพ์วารสารและงานวิจยั ต่าง เพื่อหลีกเลี่ยง
ความคล ุมเครือ
องค์ประกอบต่าง ที่พบได้ในเอนไซม์
เอนไซม์หลายชนิดไม่ได้เป็นโปรตีนที่บริส ุทธิ์ อาจมีไอออนของ
โลหะและ/หรือสารอินทรียโ์ มเลก ุลขนาดเล็กที่ไม่ใช่โปรตีนอยู่
ร่วมกัน องค์ประกอบที่ไม่ใช่โปรตีนนีน รวมเรียกว่า โคแฟกเตอร์
(cofactor) ซึ่งมีความจาเป็นต่อการทางานของเอนไซม์
COENZYMES
1. Soluble coenzymes เข้ามาจับกับเอนไซม์เหมือนเป็นสับสเตรทตัวหนึ่ง
แล้วเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีระหว่างเกิดปฏิกิรยิ า และถูกปลดปล่อย
ออกมา การกลับคืนสูร่ ูปเดิมต้องใช้อีกปฏิกิรยิ าที่ไม่ใช่ปฏิกิรยิ าเดิม
2. Prosthetic groups เป็นโคเอนไซม์ที่จบั กับเอนไซม์อย่างแน่น
COENZYMES
COENZYME : NAD+/NADH, NADP+/ NADPH
แหล่งอาหารที่มาของวิตามิน
: เนืนอสัตว์ ปลา ผักสีเขียว
เป็ นที่ตอ้ งการของเอนไซม์กลมุ่ oxidoreductase : dehydrogenase, reductase
การขาด niacin (วิตามินบี 3) ก่อเกิดโรค Pellagra
อาการของโรคขาดไนอะซิน
มี 4 ลักษณะ คือ
อาการทางผิวหนัง (dermatitis)
ผิวหนังอักเสบแบบเดียวกันทังน สองข้างของร่างกาย
โดยเฉพาะบริเวณที่ถ ูกแดด หรือความร้อน เช่น ที่มือ
แขน หน้า ลาคอ และเท้า ตอนแรกจะเป็นผื่นแดงคล้าย
ถ ูกแดดเผา ต่อมาผิวหนังจะเปลี่ยนเป็นนนาตาลเข้ม แห้ง
แตกเป็นเกล็ด และลอก ถ้าถ ูกแสงแดด หรือความร้อน
จะทาให้ผิวหนังอักเสบมากขึนน
อ ุจจาระร่วง (diarrhea)
ระยะแรกจะมีอาการเบื่ออาหาร ปาก และลินนอักเสบบวม
แดง ต่อมาผูป้ ่ วยจะมีอาการปวดท้อง และอ ุจจาระร่วง
อาการทางประสาท (dementia)
และตาย (death)
บางครังน จึงเรียกว่า
โรค 4D’S (The diseases of 4 D’S)
COENZYME : FMN, FAD
แหล่งอาหารที่มาของ
วิตามิน
: เนืนอสัตว์ ปลา นม
ไข่ ชีส ผักสีเขียว
Isoalloxazine ring
การขาด riboflavin (วิตามินบี 2) ก่อเกิดโรค Cheilosis
: โรคริมฝีปากอักเสบแตกเป็นร่อง
อาการ : มีมมุ ปากเปื่อยที่เรียกว่าปากนกกระจอก ริมฝีปากจะแดง
ปวดแสบในปาก ลินน ตามองไม่ชดั คันตา มองแสงจ้าไม่ได้
ร่องจมูก เปลือกตาจะมีการอักเสบ และมีข ุย
COENZYME : COENZYME A
แหล่งอาหารที่มาของวิตามิน
: ไก่ เนืนอวัว มันฝรัง่ มะเขือเทศ ไข่
COENZYME : BIOCYTIN
แหล่งอาหารที่มาของวิตามิน : ไข่แดง ตับ ถัว่
COENZYME : BIOCYTIN
COENZYME : PYRIDOXAL PHOSPHATE
รูปที่พบมากในสัตว์
รูปที่พบในพืช
และรูปที่ขายในทางการค้า
COENZYME : TETRAHYDROFOLATE
แหล่งอาหารที่มาของวิตามิน
: นนาส้ม สตอเบอร์รี่ ผักที่มีใบเขียวเข้ม
COENZYME : THIAMINE PYROPHOSPHATE
Thiazole ring
เป็ นรูปที่พบในอาหารจากพืช
pyrimidine
Methylene
bridge
เป็ นร ูปที่พบในอาหารจากสัตว์
แหล่งอาหารที่มาของวิตามิน
: เนืนอสัตว์ โดยเฉพาะเนืนอหมูมีมากกว่าเนืนอสัตว์ชนิดอื่น ไข่แดง ถัว่ ลิสง ถัว่ เหลือง ถัว่ แดง
ข้าวกล้อง จมูกข้าว ข้าวมันปู ข้าวเหนียวดา งาขาว งาดา ผักสีเขียว
COENZYME : THIAMINE PYROPHOSPHATE
มีบทบาทในปฏิกิรยิ าที่เกี่ยวข้องกับ carbohydrate metabolism
การขาด thiamine (วิตามินบี 1) ก่อเกิดโรค Beriberi
มีอาการ 2 แบบ คือ
Dry Beriberi คือ การชาแบบไม่บวม
มักเป็นตามปลายมือ ปลายเท้า กล้ามเนืนอ
แขนขาไม่มีกาลัง ไม่อนั ตราย
Wet Beriberi จะมีอาการบวมร่วมกับ
การชาปลายมือ ปลายเท้า มีนนาคัง่ ในช่อง
ท้อง ช่องปอด บางรายจะมีอาการหอบ
เหนื่อย หัวใจโตและเต้นเร็ว อาจหัวใจ
วายได้
COENZYME : LIPOIC ACID
สารนีนไม่จดั เป็นวิตามิน เพราะสามารถสังเคราะห์ขน ึนได้จากกรดไขมันที่จาเป็นสายโซ่ยาว
COENZYME
: 5-DEOXYADENOSYLCOBALAMIN
: METHYLCOBALAMIN
วิตามิน B12 ถูกเปลี่ยนใน
ร่างกายเกิดเป็นโคเอนไซม์
2 รูปแบบ
ส่วนใหญ่อยูใ่ นรปู
5-deoxyadenosylcobalamin
และส่วนน้อยที่อยูใ่ นรปู
methylcobalamin
แหล่งอาหารที่มาของวิตามิน
: ตับ ไต ปลา ไข่ ไก่ นม
COENZYME
: 5-DEOXYADENOSYLCOBALAMIN
: METHYLCOBALAMIN
5-deoxyadenosylcobalamin มีบทบาทใน 2 รูปแบบปฏิกิรย
ิ า ได้แก่
methylcobalamin มีบทบาทในปฏิกิริยา
การขาด วิตามินบี 12 ก่อเกิดโรค pernicious
anemia
ทังน พืชและสัตว์ไม่สามารถสังเคราะห์
วิตามินบี12ได้ (ยกเว้นแบคทีเรีย)
ดังนันน ผูท้ ี่บริโภคแต่ผกั เป็นหลัก (กินเจ)
มีโอกาสสูงที่จะเป็นโรคนีนได้
แบบจาลองการทางานของเอนไซม์
Lock-and-key model
แบบจาลองนีนเสนอโดย Emil Fischer ในปี 1890
: เอนไซม์แต่ละชนิดจะจับกันสับสเตรทเพียงชนิดเดียว เนื่องจาก
บริเวณเร่งและสับสเตรทเป็นโครงสร้างคูส่ มกัน (complementary
structure) เสมือนแม่ก ุญแจกับล ูกก ุญแจ โดยที่โครงสร้างของ
บริเวณเร่งอยูใ่ นรูปร่างที่คงตัวไม่เปลี่ยนแปลง เพื่อที่สามารถให้
สับสเตรท (ล ูกก ุญแจ) เข้ามาจับได้อย่าถูกต้องและเหมาะสม
แบบจาลองการทางานของเอนไซม์
Induced-fit model
เป็นแบบจาลองที่เสนอโดย Daniel Koshland
: พิจารณาให้โครงสร้างของโปรตีนเอนไซม์มีความยืดหยน่ ุ และ
ตัวสับสเตรทเองก็ไม่ได้เหมาะเจาะพอดีกบั บริเวณเร่ง แต่การ
จับกันระหว่างเอนไซม์กบั สับสเตรททาให้เกิดการเปลี่ยนแปลง
โครงสร้าง 3 มิติ ของบริเวณเร่งให้มีรปู ร่างที่เหมาะสมกับ
รูปร่างโมเลก ุลสับสเตรท
จลนศาสตร์ของเอนไซม์
(ENZYME KINETICS)
: การศึกษาเชิงปริมาณการเร่งปฏิกิรยิ าของเอนไซม์
ซึ่งจะให้ขอ้ มูลเกี่ยวกับ
อัตราเร็วของปฏิกิรยิ า
สัมพรรคภาพของเอนไซม์ต่อสับสเตรทและตัวยับยังน
กลไกของปฏิกิรยิ า
แบบจาลองในการศึกษาอัตราเร็วของปฏิกิรยิ าที่เร่งโดย
เอนไซม์อย่างเป็นระบบถ ูกนาเสนอในปี 1913 โดย
โดยมีแนวคิดเกี่ยวกับการเกิด enzyme-substrate complex
ซึ่งเสนอโดย Victor Henri ในปี 1903 เป็นศูนย์กลางเชื่อมโยง
เข้าสูจ่ ลนศาสตร์ของ Michaelis-Menten
เมื่อสับสเตรท S จับเข้าที่บริเวณเร่งของเอนไซม์ E
โครงสร้างเชิงซ้อน enzyme-substrate complex ก็เกิดขึนน
สับสเตรทถูกเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์ P
และภายในช่วงเวลาสันน
ผลิตภัณฑ์ก็แยกตัวหล ุดออกจากเอนไซม์
กระบวนการทังน หมดสร ุปเป็นสมการได้ว่า
เมื่อ k1 เป็นค่าคงที่อตั ราสาหรับการเกิด ES
k-1 เป็นค่าคงที่อต
ั ราสาหรับการปลดปล่อย ES
k2 เป็นค่าคงที่อต
ั ราสาหรับการเกิดผลิตภัณฑ์และ
การปลดปล่อยออกจากบริเวณเร่ง
ในแบบจาลองของ Michaelis-Menten มีการสมมติว่า
1. k-1 มีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับ k1
2. อัตราเร็วของการเกิด ES เท่ากับอัตราเร็วของการสลายตัว
ของ ES ตลอดช่วงเวลาที่ปฏิกิรยิ าดาเนินไป ถือว่าปฏิกิรยิ า
เข้าสูส่ ภาพคงตัว (steady state)
อัตราเร็วเริม่ ต้น
อัตราเร็วของการเกิด ES
อัตราเร็วของการสลายตัวของ ES
ที่สภาพคงตัว :
ดังนันน [ES] =
[E][S]
Michaelis และ Menten มีการกาหนดค่าคงที่ตวั ใหม่เป็น Km
ซึ่งภายหลังเรียกว่า ค่าคงที่ Michaelis ( Michaelis constant)
โดยที่
และได้มีการสร้างสมการขึนนมา ซึ่งปัจจุบนั เรียกว่า
สมการ Michaelis-Menten โดยมีรปู สมการดังนีน
โดยที่
เป็นอัตราเร็วสูงส ุดของปฏิกิรยิ า
Km คือ ความเข้มข้นของสับสเตรทที่ทาให้อต
ั ราเร็วของ
ปฏิกิรยิ าเป็นครึ่งหนึ่งของอัตราเร็วสูงส ุดของปฏิกิรยิ า
Substrate saturation curve : hyperbolic curve
สมการ Michaelis-Menten มีประโยชน์ในการอธิบายพฤติกรรมของเอนไซม์
เมื่อ [S] = Km อัตราเร็วของปฏิกิริยา
ค่า Km เป็ นค่าคงที่ที่เป็นค ุณลักษณะของเอนไซม์ต่อสับสเตรทชนิดหนึ่ง ภายใต้
สภาวะที่ระบ ุไว้ แสดงถึงสัมพรรคภาพของเอนไซม์ที่มีต่อสับสเตรท
ค่า Km ที่ต่า แสดงถึงสัมพรรคภาพที่ดีมากของเอนไซม์ต่อการเกิดโครงสร้างเชิงซ้อน ES
การที่จะได้ค่า Vmax และ Km ที่แม่นยามากขึนน ทาได้โดยดัดแปลง
สมการ Michaelis-Menten ด้วยวิธีการทางคณิตศาสตร์ได้เป็น
เมื่อเขียนกราฟระหว่าง 1/v0 กับ 1/[S]
จะได้กราฟเส้นตรงที่เรียกว่า
Lineweaver-Burk plot หรือ
Double reciprocal plot
ซึ่งใช้คานวณหาค่า Vmax และ Km ได้ง่าย
โดยหาค่า Vmax จากจุดตัดบนแกน Y
และค่า Km จากจุดตัดบนแกน X
สมการ Michaelis-Menten มีขอ้ จากัดที่ใช้ได้กบั ปฏิกิรยิ า
ที่มีสบั สเตรทเพียงตัวเดียว ซึ่งในความเป็นจริงมีปฏิกิรยิ า
ชีวเคมีอีกมากที่มีสบั สเตรทเข้าร่วมสองตัวหรือมากกว่า
แต่ถา้ ศึกษาผลของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของ
สับสเตรทตัวหนึ่ง โดยควบค ุมให้สบั สเตรทตัวอื่นมีความ
เข้มข้นอิ่มตัว ก็สามารถใช้สมการ Michaelis-Menten
ในการหาค่าค่า Vmax และ Km ได้
ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิรยิ าของเอนไซม์
(catalytic efficiency)
แสดงด้วยค่า kcat ซึ่ง
ค่านีนอาจเรียกว่า
turnover number
: จานวนครังน ของปฏิกิรย
ิ า ( หรือจานวนโมเลก ุลของสับสเตรทที่ถกู เปลี่ยนไป
เป็ นผลิตภัณฑ์ ) ที่ได้เกิดขึนนในบริเวณเร่งของเอนไซม์ 1 โมเลก ุลต่อหน่วย
เวลา เมื่อเอนไซม์นนัน อยูใ่ นสภาวะที่อิ่มตัวด้วยสับสเตรท
ปริมาณเอนไซม์
สามารถระบ ุได้หลายวิธี
1. Internaional unit (I.U.)
ปริมาณเอนไซม์แสดงในแง่การทางานของเอนไซม์ที่วดั ได้
เมื่อปฏิกิรยิ าเกิดขึนนที่ระดับความอิ่มตัวของสับสเตรท อัตราเร็ว
เริม
่ ต้นจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณเอนไซม์ที่มีอยู่
International commission on enzyme กาหนดไว้ว่า
1 I.U. เท่ากับ ปริมาณเอนไซม์ที่สามารถเร่งให้สบั สเตรท 1
ไมโครโมลเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์ในเวลา 1 นาที
ทังน นีนตอ้ งระบ ุสภาวะการวิเคราะห์ไว้ว่ากระทาที่ pH อ ุณหภมู ิใด
ปริมาณเอนไซม์
2. Katal
: ปริมาณเอนไซม์ที่สามารถเร่งให้สบั สเตรท 1 โมลเปลี่ยนไป
เป็นผลิตภัณฑ์ในเวลา 1 วินาที
โดยที่ 1 Katal เท่ากับ 6 107 I.U.
3. Specific activity
เป็นกรณีใช้กบั เอนไซม์ที่ยงั ไม่บริส ุทธิ์ เป็นปริมาณที่ใช้ในการ
ติดตามการแยกเอนไซม์ให้บริส ุทธิ์ โดยระบ ุเป็น
I.U. ต่อมิลลิกรัมโปรตีนทังน หมด
ผลของอ ุณหภ ูมิต่อการทางานของเอนไซม์
อ ุณหภ ูมิสงู ขึนน อัตราเร็วของปฏิกิรยิ า
เพิ่มสูงขึนนตาม เนื่องจากจานวน
โมเลก ุลที่มีระดับพลังงานสูงเพียงพอ
ที่เข้าสูส่ ภาพเปลี่ยนมีมากขึนน
ปฏิกิรยิ าที่เร่งโดยเอนไซม์ก็เช่นกันมี
อัตราเร็วที่สงู ขึนนเมื่อเพิ่มอ ุณหภูมิ
แต่เนื่องจากเอนไซม์เป็นสารโปรตีน
ที่สามารถเสียสภาพธรรมชาติได้ที่
อ ุณหภูมิสงู จึงมี
อ ุณหภ ูมิที่เหมาะสมต่อการทางาน
(optimum temperature)
ผลของพีเอชต่อการทางานของเอนไซม์
โดยทัว่ ไป เอนไซม์ชนิดหนึ่ง จะทางานได้ดีในช่วงพีเอชที่แคบ (5-9)
: optimum pH
ENZYME INHIBITION
สารที่ลดกิจกรรมการทางานของเอนไซม์โดยมีอิทธิพลต่อ
การจับของสับสเตรทและ/หรือค่า turnover number
: สารยับยังน (inhibitors)
สารยับยังน แบบไม่ทวนกลับ (irreversible inhibitors)
 สารยับยังน แบบทวนกลับ (reversible inhibitors)
 สารยับยัง
น แบบแข่งขัน (competitive inhibitors)
 สารยับยัง
น ไม่แบบแข่งขัน
(non-competitive inhibitors)
ENZYME INHIBITION
ลักษณะของตัวยับยังน
- โครงสร้างคล้ายสับสเตรทมาก แต่ไม่เกิดปฏิกิรยิ าหรือเกิดได้
ช้ามาก เมื่อเปรียบเทียบกับสับสเตรท
ประโยชน์
ใช้วิเคราะห์กลไกการเกิดปฏิกิรยิ าของเอนไซม์
ใช้เป็นยารักษาโรค โดยไปยับยังน การทางานเอนไซม์จาเพาะ
Methotrexate ยับยังน การทางานของเอนไซม์ที่
จะสร้าง tetrahydrofolate ซึ่งเป็น cofactor
ที่สาคัญในกระบวนการสร้างนิวคลีโอไทด์
สาหรับการสังเคราะห์ DNA จึงมีบทบาทเป็ น
ยารักษาโรคมะเร็ง
การยับยังน แบบไม่ทวนกลับ (irreversible inhibition)
สารยับยังน อาจเข้าจับบริเวณเร่งหรือบริเวณอื่นของเอนไซม์
ทาให้เอนไซม์สญ
ู เสียการทางานโดยสินนเชิง แม้ว่าจะยังสามารถ
จับกับสับสเตรทได้ก็ตาม
การยับยังน แบบทวนกลับ (reversible inhibition)
- แบบแข่งขัน (competitive inhibition)
โครงสร้างของสารยับยังน มีความคล้ายคลึงกับสับสเตรทในธรรมชาติ
ของเอนไซม์ชนิดนันน และการจับเข้ากับบริเวณเร่งของเอนไซม์เป็น
แบบผันกลับได้ ทาให้เกิดการแข่งขันระหว่างสารยับยังน กับสับสเตรท
ในการจับกับเอนไซม์ที่บริเวณเร่งเดียวกัน การเพิ่มความเข้มข้นของ
สับสเตรทให้สงู ขึนนจะช่วยลบล้างฤทธิ์ของสารยับยังน
SDH : succinate dehydrogenase
การยับยังน แบบทวนกลับ (reversible inhibition)
- แบบแข่งขัน (competitive inhibition)
 การยับยัง
น ลักษณะนีน
ไม่มีผลต่อค่า Vmax ของเอนไซม์ 
การยับยังน แบบทวนกลับ (reversible inhibition)
- แบบแข่งขัน (competitive inhibition)
 การยับยัง
น ลักษณะนีน
ไม่มีผลต่อค่า Vmax ของเอนไซม์ 
การยับยังน แบบทวนกลับ (reversible inhibition)
- แบบไม่แข่งขัน (non-competitive inhibition)
สารยับยังน จับกับเอนไซม์ในบริเวณอื่นที่ไม่ใช่บริเวณเร่ง ดังนันน จึง
เกิดรูปแบบได้ทงัน เอนไซม์-สารยับยังน คอมเพล็กซ์ (enzymeinhibitor complex : EI) และเอนไซม์-สับสเตรท-สารยับยังน
คอมเพล็กซ์ (enzyme-substrate-inhibitor complex : EIS)
การจับของสารยับยังน มีผลทาให้เอนไซม์มีการเปลี่ยนแปลงทาง
โครงสร้าง 3 มิติและยับยังน ปฏิกิรยิ าไม่ให้ดาเนินต่อไปได้ เนื่องจาก
สารยับยังน ชนิดนีนไม่ได้จบั ที่บริเวณเร่งของเอนไซม์ การเพิ่มความ
เข้มข้นของสับสเตรทจึงไม่มีผลช่วยลบล้างฤทธิ์ได้
การยับยังน แบบทวนกลับ (reversible inhibition)
- แบบไม่แข่งขัน (non-competitive inhibition)
การยับยังน แบบทวนกลับ (reversible inhibition)
- แบบไม่แข่งขัน (non-competitive inhibition)
SUBSTRATE INHIBITION
REGULATION
OF ENZYME ACTIVITY
 THERMODYNAMIC EQUILIBRIUM
 AVAILABILITY OF SUBSTRATES
AND COFACTORS
 GENETIC CONTROLS
 ALLOSTERIC REGULATION
 FEEDBACK INHIBITION
 COVALENT MODIFICATION
 SPECIALIZED CONTROLS
THERMODYNAMIC EQUILIBRIUM
ปฏิกิรยิ าที่เร่งโดยเอนไซม์มีอตั ราเร็วที่ลดลง
เนื่องมาจากการสะสมเพิ่มขึนนของสารผลิตภัณฑ์
บางส่วนมีการย้อนกลับไปเป็นสับสเตรท
ทาให้ปฏิกิรยิ าเข้าใกล้สภ่ ู าวะสมด ุล
เมื่อ
ปฏิกิรยิ าเข้าสูภ่ าวะสมด ุล
AVAILABILITY OF
SUBSTRATES AND COFACTORS
การมีอยูข่ องสับสเตรทและโคแฟกเตอร์เป็นตัวกาหนด
อัตราเร็วของปฏิกิรยิ าที่เร่งโดยเอนไซม์
โดยทัว่ ไป เอนไซม์มีค่า Km ใกล้เคียงระดับความเข้มข้น
ของสับสเตรทที่พบในเซลล์
GENETIC CONTROLS
ปริมาณเอนไซม์ที่ถกู สังเคราะห์ ( หรือถูกย่อยสลาย )
ถกู ควบค ุมจากการแสดงออกของยีน
Induction : กระตน
้ ุ ให้เกิดการสร้างเอนไซม์
Repression : ย ุติการสร้างเอนไซม์
ALLOSTERIC ENZYMES
 เป็น regulatory enzyme ที่ถกู ควบค ุมการทางานเมื่อมี
การเข้ามาจับของสารควบค ุมการทางานที่เรียกว่า
allosteric modulators หรือ allosteric effectors
 การจับของสารควบค ุมการทางานกับโมเลก ุลเอนไซม์ไม่ได้
เกิดการสร้างพันธะโควาเลนท์แต่อย่างใด ดังนันน การจับจึง
เป็นแบบผันกลับได้
 การจับของสารควบค ุมการทางานอาจกระตน
้ ุ ให้เอนไซม์
ทางาน ( เป็น activators ) หรือยับยังน การทางานของ
เอนไซม์ ( เป็น inhibitors )
ALLOSTERIC ENZYMES
 เป็นเอนไซม์ที่มีหลายหน่วยย่อย
 ตาแหน่งของ regulatory sites กับ active sites อยูต
่ ่าง
หน่วยย่อยกัน
 ตาแหน่งของ regulatory sites มีหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่ง
ตาแหน่ง
 เอนไซม์ที่มีสารควบค ุมการทางานหลายชนิด แต่ละชนิดจะมี
ตาแหน่งเข้าจับอย่างจาเพาะต่างกันบนโมเลก ุลเอนไซม์
ALLOSTERIC ENZYME KINETIC
 ลักษณะเส้นกราฟเป็น sigmoidal curve หรือรูปตัว S แสดง
ถึงสมบัติ cooperativity : มีการทางานร่วมมือกันระหว่าง
หน่วยย่อยต่าง ของเอนไซม์
 K0.5 แทน [S] ที่ให้อตั ราเร็วเป็นครึ่งหนึ่งของอัตราเร็วสูงส ุด
แบบจาลองอธิบายพฤติกรรมของ
ALLOSTERIC ENZYMES
: CONCERTED MODEL หรือ MWC MODEL
เสนอโดย Jacques Monod, Jeffries
Wyman และ Jean-Pierre Changeux
ในปี 1965
- หน่วยย่อยของเอนไซม์อยูใ่ น 2 โครงรปู คือ R : relaxed กับ T : taut
- ท ุกหน่วยย่อยในโมเลก ุลเอนไซม์ตอ้ งอยูใ่ นโครงรูปแบบใดแบบหนึ่งเท่านันน
- เมื่อไม่มีสบั สเตรทเข้ามาจับ เอนไซม์อยูใ่ นภาวะสมด ุลของโครงรปู ทังน สอง
- การจับของสับสเตรททาให้สมด ุลเคลื่อนมาทางการเกิดโครงรูปแบบ R
แบบจาลองอธิบายพฤติกรรมของ
ALLOSTERIC ENZYMES
: SEQUENTIAL MODEL หรือ KNF MODEL
เสนอโดย Daniel Koshland, และคณะ ในปี 1966
การเข้าจับของสับสเตรทกับหน่วยย่อยหนึ่งของเอนไซม์เปลี่ยน
โครงรูปของหน่วยย่อยนันน และยังกระตน้ ุ โครงรูปของหน่วยย่อย
ข้างเคียงให้เปลี่ยนแปลงตามมาให้มีโครงรูปเดียวกัน
ALLOSTERIC REGULATION OF
ENZYME ACTIVITY
การควบค ุมแบบ allosteric มักพบในเอนไซม์ที่อยูใ่ นวิถีเมแทบอลิซึม
ที่ประกอบด้วยหลายปฏิกิรยิ า ตัวอย่าง เช่น วิถีไกลโคไลซิส
REGULATION VIA
FEEDBACK INHIBITION
REGULATION VIA
COVALENT MODIFICATION
REGULATION
OF ENZYME ACTIVITY
: SPECIALIZED CONTROLS
 ZYMOGENS / PROENZYMES
 ISOENZYMES / ISOZYMES
 MODULATOR PROTEINS
ZYMOGENS / PROENZYMES
 เป็น inactive precursor
ของเอนไซม์
 เมื่อผ่าน proteolytic cleavage ที่จาเพาะจะได้เอนไซม์ที่
ทางานได้
ISOENZYMES / ISOZYMES
: เอนไซม์ที่มีความแตกต่างทางโครงสร้างโปรตีน
แต่เร่งปฏิกิรยิ าเดียวกัน
เกิดขึนนเนื่องจาก
1. การแยกบริเวณเป็นส่วน ภายในเซลล์เป็นออร์แกแนล
ทาให้เอนไซม์ที่มีความจาเพาะต่อสับสเตรทและปฏิกิรยิ า
เดียวกันที่อยูต่ ่างตาแหน่งแห่งที่ภายในเซลล์เป็นอิสระต่อ
กันทางพันธ ุกรรม ส่งผลให้มีความแตกต่างทาง
โครงสร้างระดับปฐมภูมิในโปรตีนเอนไซม์เหล่านีน
ISOENZYMES /ISOZYMES
2. Protomer รวมตัวเกิดเป็นพอลิเมอร์ที่มีขนาด
แตกต่างออกไป
ISOENZYMES / ISOZYMES
3. Protomer ที่ต่างกันรวมตัวกันเป็นเอนไซม์ดว้ ย
สัดส่วนปริมาณที่หลากหลาย
Subunit M(: muscle) , H (: heart)
MODULATOR PROTEINS
 เป็นโปรตีนที่จบ
ั กับเอนไซม์แล้วมีอิทธิพลต่อกิจกรรมการ
ทางานของเอนไซม์
ตัวอย่าง เช่น c-AMP-dependent protein kinase
เป็ นเอนไซม์ที่ประกอบด้วย
2 catalytic subunits ซึ่งแต่ละหน่วยสามารถเร่งปฏิกิรยิ าได้
2 regulatory subunits ซึ่งมีบทบาทเป็น modulator proteins
active
RIBOZYMES
ABZYMES
- เป็น Antibody ที่เร่งปฏิกิรยิ าได้
- ถูกสร้างขึนนจากการใช้แอนติเจนที่เป็น analog ของโครงสร้าง
transition-state intermediate ในปฏิกิรย
ิ า
ประโยชน์ของเอนไซม์
ช่วยในการวินิจฉัยโรค
โดยหาระดับเอนไซม์ที่ถกู ปล่อยออกมาเมื่อเนืนอเยือ่ ถูกทาลาย
เช่น GOT : glutamic oxaloacetic transaminase
GPT : glutamic pyruvic transaminase
ซึ่งปกติพบในเลือดน้อย ผูเ้ ป็นโรคตับจะพบเอนไซม์ทงัน สอง
มีปริมาณสูงขึนน
ABZYMES
- Antibodies recognize and bind to a specific antigen (a foreign protein or molecule)
which elicits the antibody response.
- If the antigen is a purposefully-engineered molecule that represents the transition
state of a specific enzyme reaction, then the antibody will have a binding site that is
complementary to the transition state structure
If an antibody is produced that recognizes the transition state, then if it binds the
appropriate substrate it will help to promote formation of the transition state thus,
lowering the energy barrier to formation of the transition state, much like an enzyme does
- This will increase the rate of catalysis compared to aqueous solutions alone.