เอนไซม์ (อังกฤษ: enzyme) เป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาเคมี เป็นคำในภาษากรีก ένζυμο หรือ énsymo ซึ่งมาจาก én ("ที่" หรือ "ใน") และ simo ("en:leaven" หรือ "en:yeast")
เอนไซม์มีความสำคัญและจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต เพราะว่าปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่ในเซลล์จะเกิดช้ามาก หรือถ้าไม่มีเอนไซม์อาจทำให้ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยากลายเป็นสารเคมีชนิดอื่น ซึ่งถ้าขาดเอนไซม์ระบบการทำงานของเซลล์จะผิดปรกติ (malfunction) เช่น
การผ่าเหล่า (mutation)
การผลิตมากเกินไป (overproduction)
ผลิตน้อยเกินไป (underproduction)
การขาดหายไป (deletion)
ดังนั้นการขาดเอนไซม์ที่สำคัญอาจทำให้เกิดโรคร้ายแรงได้ การผ่าเหล่าอาจจะเกิดขึ้นในโครงสร้างบางส่วนของเอนไซม์ หรืออาจเป็นบางส่วนของโปรตีน เช่น
ไพรมารี สตรักเจอร์ (primary structure)
เซกคอนดารี่ สตรักเจอร์ (secondary structure)
เทอร์เทียรี่ สตรักเจอร์ (tertiary structure)
ควอเทียรี่ สตรักเจอร์ (quaternary structure)
ตัวอย่างเช่น ฟีนิลคีโตนูเรีย (phenylketonuria) เกิดจากการงานบกพร่องของ เอนไซม์ฟีนิลอะลานีน ไฮดรอกซิเลส (phenylalanine hydroxylase) ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการสะลายตัวของฟีนิลอะลานีนเป็นผลให้เกิดการสะสมฟีนิลอะลานีนมากและจะแสดงออกมาใน ความผิดปรกติทางจิต (mental retardation)
เหมือนตัวเร่งปฏิกิริยาทั่วไป เอนไซม์ ทำงานโดยการลดพลังงานกระตุ้น (activation energy)
ให้เกิดปฏิกิริยาเคมี นอกจากนี้ยังเร่งให้เกิดเร็วขึ้นซึ่งสามารถทำให้เร็วได้ถึงหนึ่งในหลายล้านส่วน
เอนไซม์ ไม่มีผลต่อความสมดุลย์ (equilibrium) ของปฏิกิริยาเคมี
เอนไซม์ ไม่มีผลต่อพลังงานสัมพัทธ์ (relative energy) ระหว่างสารที่ได้จากปฏิกิริยา (products) และสารที่ทำปฏิกิริยา(reagents)
เมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นแล้ว เอนไซม์ จะมีความจำเพาะต่อปฏิกิริยาหนึ่งปฏิกิริยาใดมากกว่า
การทำงานของ เอนไซม์ จะถูกแทรกแซงได้โดยโมเลกุลของสารประกอบอื่นได้ ถ้าโมเลกุลของสารประกอบที่มาแทรกแซงทำให้การทำงานของ เอนไซม์ ดีขึ้น เราเรียกสารประกอบนั้นว่า แอกติเวเตอร์ (activators) และถ้าโมเลกุลของสารประกอบที่มาแทรกแซงทำให้การทำงานของ เอนไซม์ ลดลง เราเรียกสารประกอบนั้นว่า อินฮิบิเตอร์ (Inhibitors) อินฮิบิเตอร์ ที่ทำให้เอนไซม์หยุดทำงานถาวรเรียกว่าอินฮิบิเตอร์ สังหาร(Suicide inhibitors) อินฮิบิเตอร์ มีทั้งที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและมนุษย์สร้างขึ้น ยาหลายตัวเป็นเอ็นไซม์อินฮิบิเตอร์ เช่น แอสไพริน ยับยั้งเอนไซม์ที่เป็นตัวนำส่งการอักเสบโปรสตาแกลนดิน ทำให้เกิดการระงับความเจ็บปวดและการอักเสบ
เอนไซม์ ที่ใช้ในชีวิตประจำวันเช่น ผงซักฟอกที่ไปเร่งปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับการทำความสะอาดผ้า(เช่นการทำลายรอยเปื้อนที่เกิดจากแป้ง)
มี เอนไซม์ มากกว่า 5,000 ตัว ที่มีชื่อแตกต่างกันโดยการตั้งชื่อจะลงท้ายด้วย -ase และตัวชื่อ เอนไซม์ จะตั้งชื่อตามสารที่มันจะเปลี่ยน เช่น แลคเตส (lactase) เป็น เอนไซม์ ที่เร่งการสะลายตัวของแลคโตส (lactose)
---------------------------------------------------------------------------------
เอนไซม์ คือ ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ เป็นสารประกอบพวกโปรตีน สามารถลดพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา เอนไซม์ จะเร่งเฉพาะชนิดของปฏิกิริยา 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 แต่อย่างไรก็ตามเอนไซม์จะเร่งปฏิกิริยาให้เกิดเร็วในช่วง pH ใดก็ขึ้นอยู่กับชนิดของสับสเตรตนั้น ๆ
5. อุณหภูมิ อุณหภูมิที่ 37 ํC เป็นอุณหภูมิที่เอนไซม์ส่วนใหญ่ทำงานได้ดี อุณหภูมิสูงเกินไปจะทำให้การทำงานของเอนไซม์เสื่อมไป เพราะเอนไซม์เป็นโปรตีนเมื่ออุณหภูมิสูงเอนไซม์ถูกทำลายธรรมชาติไป
6. สารยับยั้งปฏิกิริยาของเอนไซม์ สารบางชนิดเมื่อรวมตัวเอนไซม์จะทำให้เอนไซม์ทำงานช้าลงหรือหยุดทำงานได้
7. สารกระตุ้น เอนไซม์บางชนิดต้องการไอออนพวกอนินทรีย์เป็นตัวกระตุ้นจึงจะเกิดการทำงานและเกิดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเร่งได้
-------------------------------------------------------------------------------------
เอนไซม์จะมีอยู่มากมายหลายชนิด และอยู่ในส่วนต่าง ๆ ของเซลล์ เช่น รวมอยู่กับ ผนังเซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์ ไรโบโซม และในไมโครบอดี้ส์ เป็นต้น โดยที่เอนไซม์แต่ละชนิดจะมีที่อยู่ที่ แน่นอน ไม่รวมกับเอนไซม์ชนิดอื่น ๆ เช่น เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แสงจะอยู่ภายใน คลอโรพลาสต์ เอนไซม์ที่ใช้ในการหายใจจะอยู่ในไมโตคอนเดรีย และเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ DNA และ RNA จะอยู่ในนิวเคลียส
เอนไซม์หลายชนิดจะมีชื่อตามสารเริ่มต้น (Substrate) ลงท้ายด้วย -ase เช่น ฟอสฟาเตส (Phosphatase) และอะมัยเลส (Amylase) เป็นต้น แต่ก็มีเอนไซม์บางชนิดที่ชื่ออาจจะไม่เกี่ยวข้องกับสารเริ่มต้น เช่น คะตาเลส (Catalase)
เอนไซม์ จะทำหน้าที่ควบคุมขั้นตอนของปฏิกิริยาต่างๆ ทางเมตาบอลิสม์ ซึ่งผลิตภัณฑ์ (Product) ที่ได้อาจจะเปลี่ยนไปทันทีโดยเอนไซม์อีกชนิดหนึ่งก็ได้ เอนไซม์ประกอบด้วยโปรตีนเป็นส่วนประกอบใหญ่ และอาจจะมีส่วนที่ไม่ใช่โปรตีนรวมอยู่ด้วย ดังนั้นเอนไซม์จึงมีโครงสร้างย่อยเป็น กรดอะมิโน (Amino acid) หลายชนิดมาต่อกันเป็นลูกโซ่ยาวด้วยแขนที่เรียกว่าเพปไทด์ (Peptide bond) ส่วนประกอบที่ไม่ใช่โปรตีนของเอนไซม์อาจจะเป็นกลุ่มพรอสธีติค (Prosthetic Group) โคเอนไซม์ (Co-enzyme) และวิตามิน (Vitamin) ซึ่งมักรวมเรียกว่า โคแฟคเตอร์ (Cofactors)
โคแฟคเตอร์
เอนไซม์บางชนิด จะเร่งปฏิกิริยาได้เมื่อมีโครงสร้างที่ไม่ใช่โปรตีนมาเกี่ยวข้อง ซึ่งมักจะเรียกว่า โคแฟคเตอร์ ซึ่งอาจจะเป็นอิออนของโลหะ เช่น Mg+2 Fe+2 Cu+2 K+ Na+ หรือ โมเลกุลของสารอินทรีย์ ซึ่งเรียกว่า โคเอนไซม์ เช่น NADP FAD FMN หรือ ATP โคแฟคเตอร์มักจะทนต่อความร้อนได้ ในขณะที่เอนไซม์จะหมดสภาพเมื่อได้รับความร้อน ส่วนประกอบที่ประกอบด้วยโคแฟคเตอร์และเอนไซม์นี้รวมเรียกว่า โฮโลเอนไซม์ (Holoenzyme) ซึ่งเมื่อกำจัดโคแฟคเตอร์ออกไปแล้วจะเหลือเฉพาะส่วนของโปรตีนที่ไม่สามารถเร่งปฏิกิริยาได้ เรียกว่าอะโพเอนไซม์ (Apoenzyme) ส่วน โคแฟคเตอร์ อาจจะเรียกว่า Prosthetic group
เอนไซม์ที่มีโคแฟคเตอร์เป็นอิออนของโลหะนั้นอาจจะเรียกว่า เมทัลโลเอนไซม์ (Metalloenzyme) เอนไซม์บางชนิดมีโคแฟคเตอร์เป็นวิตามินซึ่งมีความจำเป็นต่อเซลล์ โคเอนไซม์มักจะมีหน้าที่ในการเป็น intermediale carrier หรือเป็น functional group ของอะตอม หรืออีเลคตรอน ในกรณีที่โคเอนไซม์ติดอยู่กับเอนไซม์แน่นมากจะเรียกว่ากลุ่มพรอสธีติค โดยจะเกาะอยู่กับเอนไซม์แบบแขนโควาเลนท์ (Covalent bond)
เอนไซม์ที่ต้องการโคแฟคเตอร์เป็นอิออนของโลหะเช่นไซโตโครม ออกซิเดส (Cytochrome oxidase) ต้องการ Cu+2 ไพรูเวท ไคเนส (Pyruvate Kinase) ต้องการ K+ และ Mg+2เป็นต้น
ไอโซเอนไซม์ (Isoenzymes)
ไอโซเอนไซม์ หรือไอโซไซม์ (Isozymes) เป็นเอนไซม์ชนิดเดียวกัน มีน้ำหนักโมเลกุลเท่ากัน มีการเรียงตัวของกรดอะมิโนคล้ายคลึงกัน แต่อาจจะแตกต่างกันเล็กน้อย ซึ่งการที่มีการเรียงตัวของกรดอะมิโนต่างกันนี้ทำให้เมื่อแยกเอนไซม์โดยวิธีทาง อีเลคโตรโฟรีซิส (Electrophoresis) แล้วจะทำให้ไอโซไซม์แยกออกจากกัน การที่พืชมีไอโซเอนไซม์นี้ ทำให้เอนไซม์ชนิดนี้สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่ต่างกัน ในเซลล์หนึ่งจะมีไอโซเอนไซม์หลายไอโซเอนไซม์
อีเลคโตรโฟรีซิส เป็นเทคนิคที่ใช้ในการแยกโปรตีน ซึ่งเทคนิคนี้นำมาสู่การค้นพบเอนไซม์จำนวนมาก อีเลคโตรโฟรีซิสสามารถแยกโปรตีนหรือโมเลกุลอื่นที่มีประจุในสนามไฟฟ้า โดยใช้ส่วนผสมของเอนไซม์หลายชนิดไว้ในตัวกลางที่เฉื่อย เช่น Starch gel หรือ Column polyacrylamide gel หรือ Slab polyacrylamide gel ในบัฟเฟอร์ที่ควบคุม pH ได้ R group ของเอนไซม์จะเกิดการ แตกตัวเมื่อ pH เปลี่ยนไป เช่น ที่ pH 7 เอนไซม์ที่มีกรดแอสพาติก และกรดกลูตามิค จะมีประจุรวมเป็นลบ เพราะคาร์บอกซิลแตกตัว ส่วนเอนไซม์ที่มีไลซีนและอาร์จีนีนมากจะมีประจุรวมเป็นบวก ที่ pH 7
เนื่องจากเอนไซม์แต่ละชนิดที่รวมกันอยู่จะมีประจุต่างกันที่ pH หนึ่ง ๆ ถ้าความแตกต่างนี้มีมากพอ เอนไซม์จะถูกแยกออกจากกันเมื่อมีการผ่านกระแสไฟฟ้าจากขั้วลบจากปลายด้านหนึ่งของ Gel ไปยังขั้วบวกซึ่งอยู่ที่อีกปลายหนึ่งของ Gel เอนไซม์จะเคลื่อนที่ลงมาในระยะที่ต่างกันในสนามไฟฟ้าขึ้นอยู่กับประจุรวม เมื่อศึกษาการแยกเอนไซม์โดยวิธีนี้ มักจะพบว่ามีเอนไซม์ชนิดเดียวกันเคลื่อนที่ได้ในระยะทางที่ต่างกัน โดยที่เอนไซม์เหล่านี้เปลี่ยนสารเริ่มต้นตัวเดียวกัน ให้เป็นผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวกันด้วยเอนไซม์เหล่านี้เรียกว่า ไอโซเอนไซม์
กลไกในการทำงานของเอนไซม์
ในการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีนั้น โมเลกุลที่จะเข้าสู่ปฏิกิริยาได้ ตามปกติจะต้องมี พลังงานสูง ซึ่งโมเลกุลเหล่านี้จะมีพลังงานสูงขึ้นได้ ในบางครั้งโดยการชนกันของโมเลกุล นอกจากนั้นการเพิ่มอุณหภูมิให้กับสารเคมีจะทำให้จำนวนโมเลกุลที่มีพลังงานสูงเพิ่มขึ้นมาก จึงทำให้โมเลกุลเกิดการชนกันมากขึ้น ปฏิกิริยาจึงเกิดเร็วในการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีนั้นถ้าไม่มีอุณหภูมิสูงเข้ามา เกี่ยวข้อง เอนไซม์จะช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาให้เร็วขึ้นได้
ในการเกิดปฏิกิริยาเคมีนั้น สารเริ่มต้นจะต้องเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์ ซึ่งในการเปลี่ยนนี้จะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งเรียกว่า Energy of Activation การเพิ่มอุณหภูมิจะเพิ่มจำนวนโมเลกุลที่มีพลังงานสูงขึ้น ทำให้โมเลกุลอยู่ในสภาพที่เรียกว่า Transition state ซึ่งเป็นสภาพที่ chemical bond ของโมเลกุลจะแตกออกเพื่อสร้างโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ขึ้นมา ทำให้เกิดปฏิกิริยาได้ ส่วนเอนไซม์จะลดความต้องการ Energy of Activation ลง ซึ่งก็คือเพิ่มจำนวนโมเลกุลที่จะทำปฏิกิริยาได้ให้มากขึ้น การที่เอนไซม์ทำให้ Energy of Activation ลดลงได้นี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจเด่นชัดนัก แต่พอจะทราบว่าเอนไซม์จะรวมตัวกับสารเริ่มต้นเกิดเป็น เอนไซม์-สารเริ่มต้น (Enzyme-Substrate Complex) ซึ่งการเกิดเอนไซม์-สารเริ่มต้น เกาะกันขึ้นมานี้ ทำให้แขนที่เกาะกันของสารเริ่มต้นหัก แล้วเกิดการจับกันใหม่เป็นผลิตภัณฑ์ได้เร็วกว่าการไม่ใช้เอนไซม์
อัตราเร่งปฏิกิริยาทางเคมีจะเพิ่มขึ้นได้สองทาง ได้แก่ การเพิ่มอุณหภูมิ เนื่องจากอุณหภูมิเพิ่มพลังงานให้แก่โมเลกุลของสารเริ่มต้นปฏิกิริยาให้อยู่ใน transition state ปฏิกิริยาหลายปฏิกิริยามีอัตราเพิ่มขึ้นเป็นเท่าตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 องศาเซลเซียส อีกทางหนึ่งในการเพิ่มอัตราเร่งของปฏิกิริยาได้แก่ การเติมตัวเร่งหรือคะตะไลซ์ (catalyst) ตัวเร่งนี้จะรวมตัวกับสารเริ่มต้นปฏิกิริยาให้อยู่ในสภาพ transition state ซึ่งต้องการพลังงานน้อยกว่าตอนที่ไม่มีตัวเร่ง ดังนั้นตัวเร่งจะทำความต้องการพลังงานลดลง
ในการเกิด เอนไซม์-สารเริ่มต้น นี้มีสมมุติฐานอธิบายอยู่ 2 ความคิดด้วยกัน คือ
1. สมมุติฐาน แม่กุญแจและลูกกุญแจ (Lock and Key) อธิบายโดย Emil Fischer ในปี ค.ศ. 1884 ว่า โครงสร้างการเกิด เอนไซม์-สารเริ่มต้นนี้ จะเป็นโครงสร้างที่ไม่ยืดหยุ่น โดยที่ เอนไซม์โมเลกุลจะมีส่วนหนึ่งที่จะรวมกับสารเริ่มต้นได้ ทำให้สารเริ่มต้นเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์ ซึ่งส่วนนั้นเรียกว่า Active Site และส่วนนี้เป็นส่วนที่ไม่ยืดหยุ่น และมีความเฉพาะเจาะจงต่อสารเริ่มต้น จึงเป็นการยากที่จะอธิบายถึงการเกิดปฏิกิริยาผันกลับ (Reversibility) เนื่องจากผลิตภัณฑ์จะไม่สามารถรวมกับ Active Site ของเอนไซม์ได้ เพราะโครงสร้างต่างจากสารเริ่มต้น
2. สมมุติฐาน Induced-fit อธิบายในปี ค.ศ. 1973 โดย D.F. Koshland ว่า Active Site ของเอนไซม์สามารถถูกเหนี่ยวนำให้เปลี่ยนรูปร่างได้ เมื่ออยู่ใกล้กับสารเริ่มต้นหรือผลิตภัณฑ์ เพื่อจะได้รวมกับสารเริ่มต้นหรือผลิตภัณฑ์ก็ได้ นอกจากเอนไซม์จะเปลี่ยนรูปร่างแล้ว โครงสร้างของสารเริ่มต้นก็เปลี่ยนไปด้วย เพื่อจะได้พอดีกับ Active Site ของเอนไซม์
แม้ว่าจะมีจำนวน เอนไซม์-สารเริ่มต้น ที่ได้รับการศึกษาไม่มากนัก แต่ก็เป็นที่เข้าใจกันว่าแขนที่จะเกาะกันของเอนไซม์-สารเริ่มต้นนั้นอาจจะเป็น โควาเลนท์ (Covalent) ไอออนนิค (Ionic) ไฮโดรเจน (Hydrogen) หรือ แวน เดอ วัลส์ (Van der Waals) ก็ได้ แขนแบบโควาเลนท์และไอออนนิค เป็นแขนที่สำคัญที่สุดสำหรับการเกิดปฏิกิริยา แต่ถึงแม้ว่าแขนแบบโควาเลนท์ ซึ่งแข็งแรงจะเกิดขึ้นมา แต่ตามปกติก็จะหักอย่างรวดเร็วแล้วก็ให้ผลิตภัณฑ์ออกมา
การเสื่อมสภาพของเอนไซม์ (Denaturation)
เมื่อโครงสร้างของเอนไซม์เปลี่ยนไปจนสารเริ่มต้นรวมกับเอนไซม์ที่ Active Site ไม่ได้ จะทำให้คุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์หมดไป ซึ่งมีปัจจัยหลายอย่างทำให้เกิดการหมดสภาพของเอนไซม์ มีหลายกรณีที่เมื่อเอนไซม์เกิดการเสื่อมสภาพไปแล้ว ไม่สามารถจะกลับคืนมาสู่สภาพที่ทำงานได้อีก เช่น กรณีที่ได้รับอุณหภูมิสูงทั้งนี้เพราะอุณหภูมิสูงจะทำให้เกิดการสร้างแขนชนิด โควาเลนท์ระหว่างลูกโซ่ โพลีเพปไทด์ (Polypeptide chain) หรือในลูกโซ่โพลีเพปไทด์เดียวกัน และแขนเหล่านี้จะมีความคงตัวมากจนไม่สามารถทำให้แตกหักได้
ดังนั้น ในการสกัดเอนไซม์ออกจากพืช หรือการทำให้เอนไซม์บริสุทธิ์ จึงมักต้องทำใน ที่ ๆ มีอุณหภูมิต่ำ เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของเอนไซม์จากความร้อน ทั้ง ๆ ที่ถ้าเอนไซม์อยู่ในเซลล์อาจจะทนต่ออุณหภูมิสูงระดับหนึ่งได้ แต่เมื่อสกัดออกจากเซลล์ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงจะลดลง ซึ่งยังไม่เข้าใจนักว่าเป็นเพราะเหตุใด แต่คาดกันว่าอาจจะเป็นเพราะในระหว่างการสกัดเอนไซม์นั้นได้กำจัดสารป้องกันเอนไซม์ออกไปหรืออาจทำให้สารดังกล่าวเจือจางลง
ออกซิเจน และสารที่เป็นสารออกซิไดซ์สามารถทำให้เอนไซม์หลายชนิดเสื่อมสภาพได้ โดยมักจะทำให้เกิดไดซัลไฟด์ บริดจ์ (Disulfide Bridges) ในลูกโซ่โพลีเพปไทด์ที่มี -SH ของกรด อะมิโน ซีสตีอีน (Cysteine) สารรีดิวซ์สามารถทำให้เอนไซม์เสื่อมสภาพได้ในเหตุผลตรงกันข้ามคือ จะไปทำลายไดซัลไฟด์ บริดจ์ เกิดเป็น -SH 2 กลุ่ม นอกจากนั้นโลหะหนัก เช่น Ag+ Hg+2 และ Pb+2 ก็สามารถทำให้เอนไซม์เสื่อมสภาพได้เช่นกัน
ในสภาพที่แห้ง เอนไซม์จะมีความคงทนต่ออุณหภูมิสูงดีกว่าในสภาพที่มีน้ำมาก และด้วยเหตุนี้เมล็ดที่แห้งหรือสปอร์ของเชื้อราและแบคทีเรียที่แห้ง จึงต้านทานต่ออุณหภูมิสูง ดังนั้นในการฆ่าสปอร์ของเชื้อราและแบคทีเรีย การใช้ความร้อนชื้นจากหม้อนึ่งอัดไอน้ำ จึงมีประสิทธิภาพดี นอกจากนั้นในสภาพที่แห้งเมล็ดและสปอร์ที่แห้งยังทนต่ออุณหภูมิต่ำในระหว่างฤดูหนาวได้ดีเช่นกัน
ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์
1. ความเข้มข้นของเอนไซม์และสารเริ่มต้น การเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ จะต้องมีการรวมตัวกันของ เอนไซม์-สารเริ่มต้น อัตราเร็วของปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับจำนวนการชนกันของโมเลกุลทั้งสอง ถ้ามีสารเริ่มต้นพอเพียง เมื่อเพิ่มความเข้มข้นของเอนไซม์เป็นสองเท่าจะทำให้อัตราเร็วเพิ่มขึ้นไปเป็น 2 เท่าด้วย แต่เมื่อมีการเพิ่มปริมาณเอนไซม์ต่อไปเรื่อย ๆ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็นแนวระนาบเพราะสารเริ่มต้นเริ่มหมดไป ทำให้เป็นตัวจำกัดการเกิดปฏิกิริยาได้ อัตราเร็วของการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับการชนกันของโมเลกุล ซึ่งจะชนกันมากขึ้นเมื่อปริมาณเอนไซม์หรือสารเริ่มต้นมากขึ้น
อัตราการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวข้างต้นนั้น ถ้าให้เอนไซม์เป็นตัวคงที่และเพิ่มปริมาณสารเริ่มต้นขึ้นเรื่อยๆ นั้น ปฏิกิริยาได้เป็น 3 ระยะ คือ
ระยะที่ 1 อัตราเร็วของปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนโดยตรงต่อความเข้มข้นของสารเริ่มต้น
ระยะที่ 2 อัตราเร็วของปฏิกิริยาเริ่มลดลงเนื่องจากปริมาณของเอนไซม์เริ่มเป็นตัว
จำกัด
ระยะที่ 3 อัตราเร็วถึงจุดอิ่มตัว
Km หรือ Michaelis-MentenConstant คือค่าความเข้มข้นของสารเริ่มต้นที่ทำให้อัตราเร็วของปฏิกิริยาเป็นครึ่งหนึ่งของความเร็วสูงสุด ค่า Km สามารถบ่งบอกถึงความเร็วในการรวมตัวของเอนไซม์และสารเริ่มต้น เช่น ถ้าเปรียบเทียบสารเริ่มต้นสองชนิด ว่าชนิดใดจะรวมตัวกับเอนไซม์ได้ดีกว่านั้นสามารถดูจากค่า 1/ Km
ถ้าสารเริ่มต้นชนิดที่ 1 มีค่า km = 0.25 M
และสารเริ่มต้นชนิดที่ 2 มีค่า km = 0.4 M
พบว่าค่า 1/ Km ของสารที่ 1 = 4 และ 1/ Km ของสารที่ 2 = 2.5
แสดงว่า สารเริ่มต้นชนิดที่ 1 จะรวมตัวกับเอนไซม์ได้ดีกว่าสารเริ่มต้นชนิดที่ 2
ค่า Km ขึ้นอยู่กับชนิดของโคเอนไซม์ ความเป็นกรดด่างและอุณหภูมิ ค่า Km ของเอนไซม์ที่พบในปัจจุบันอยู่ในช่วง 10-3 ถึง 10-7 M ถ้าเอนไซม์ชนิดเดียวกันสามารถทำปฏิกิริยาได้กับสารเริ่มต้น 2 ชนิด ค่า Km ของเอนไซม์จะต่างกันตามชนิดของสารเริ่มต้นด้วย การที่ค่า Km ต่ำแสดงให้เห็นว่าเอนไซม์-สารเริ่มต้น จะค่อนข้างอยู่ตัว หรือนั่นคือถ้ามีสารเริ่มต้นสองชนิดที่คล้ายกันเอนไซม์จะเข้าทำปฏิกิริยากับสารเริ่มต้นซึ่งมีค่า Km ต่ำ
2. ความเป็นกรดด่าง (pH) pH ของสารละลายจะมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ในหลายด้านตามปกติเอนไซม์แต่ละชนิดจะมี pH ที่เหมาะสมในการทำงาน ซึ่งการทำงานของเอนไซม์จะลดลงเมื่อ pH สูงหรือต่ำกว่า pH ที่เหมาะสม pH ที่เหมาะสมของเอนไซม์ส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วง 6-8 การที่ pH สูงมากหรือต่ำมาก จะทำให้เอนไซม์เสื่อมสภาพ
เนื่องจากเอนไซม์ประกอบด้วยกลุ่ม (อะมิโน) และ (คาร์บอกซิล) เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงประจุของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย ทำให้มีการเปลี่ยนแปลง ดังนี้
pH ลดลง - NH2 กลายเป็น - NH3+
pH เพิ่มขึ้น - COOH กลายเป็น - COO-
pH อยู่ที่ isoelectric point
- NH2 ยังคงเป็น - NH2
- COOH ยังคงเป็น - COOH
นอกจาก pH จะทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของเอนไซม์แล้ว pH ยังมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาอีก 2 ทาง คือ
2.1 กิจกรรมของเอนไซม์จะขึ้นอยู่กับการปรากฏของกลุ่มอะมิโน และกลุ่ม คาร์บอกซิล ซึ่งทั้ง 2 กลุ่มอาจจะมีประจุหรือไม่มีประจุก็ได้ แต่เอนไซม์จะทำงานได้ดีเพียงเมื่อกลุ่มทั้ง 2 มีประจุหรือไม่มีประจุแล้วแต่ชนิดของเอนไซม์ ถ้าเอนไซม์ทำงานได้ดีเมื่อกลุ่มอะมิโนไม่มีประจุ pH ที่เหมาะสมต่อการทำงานของเอนไซม์ชนิดนี้มักจะสูง ในขณะที่ถ้าเอนไซม์ทำงานได้ดี เมื่อคาร์บอกซิลเป็นกลาง pH ที่เหมาะสมจะต่ำ
2.2 pH ควบคุมการแตกตัวของสารเริ่มต้น ซึ่งมีหลายปฏิกิริยาต้องเกิดการแตกตัวของสารเริ่มต้นก่อน ปฏิกิริยาจึงจะดำเนินต่อไปได้
3. อุณหภูมิ การเพิ่มอุณหภูมิจะทำให้พลังงานจลน์เพิ่มขึ้น ซึ่งจะส่งผลให้ปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นด้วย อัตราการเพิ่มความเร็วของปฏิกิริยาคำนวณได้จากค่า Q10 หรือ Temperature Quotient ค่า Q10 ของเอนไซม์มักจะมีค่ามากกว่า 1 ขึ้นไป
Q10 = อัตราเร็วของปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ X ํ+ 10 ํC
อัตราเร็วของปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ X ํC
4. ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น (Reaction product) อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่มีเอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยานั้น สามารถวัดได้จากอัตราการหายไปของสารเริ่มต้นหรืออาจจะวัดจากการปรากฏขึ้นของผลิตภัณฑ์ หรือทำทั้ง 2 วิธีพร้อมกัน แต่ไม่ว่าจะวัดโดยวิธีใด จะพบว่าอัตราเร็วของปฏิกิริยาจะช้าลงเมื่อเวลาผ่านไป อัตราเร็วของปฏิกิริยาที่เกิดช้าลงนี้ เป็นเพราะเกิดการเสื่อมสภาพของเอนไซม์ นอกจากนั้นยังเกิดเพราะมีการลดลงของสารเริ่มต้น และผลิตภัณฑ์เพิ่มมากขึ้น เมื่อความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์มากขึ้น จนถึงความเข้มข้นหนึ่ง อาจจะทำให้เกิดปฏิกิริยาผันกลับ (Reversibility) โมเลกุลของ ผลิตภัณฑ์จะรวมกับเอนไซม์แทนสารเริ่มต้นทำให้ปฏิกิริยาถูกจำกัดได้
5. สารระงับการทำงานของเอนไซม์ (Inhibitors) มีสารหลายชนิดที่สามารถระงับการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ได้ สารเหล่านี้อาจจะเป็นสารอนินทรีย์ เช่น โลหะหนักต่าง ๆ หรืออาจจะเป็นสารอินทรีย์ เช่น สารประกอบฟีโนลิค (Phenolic) หรือโปรตีน แต่อย่างไรก็ตามสารเหล่านี้แบ่งเป็นกลุ่มใหญ่ ๆ ได้ดังนี้
5.1 Competitive Inhibitor เป็นสารชะงักการทำงานของเอนไซม์ที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับสารเริ่มต้นมาก และเข้าแย่งทำปฏิกิริยากับเอนไซม์ ที่ Active Site ของเอนไซม์ เมื่อเกิดการรวมกันเป็นเอนไซม์-สารชะงัก (Emzyme-Inhibitor) จะทำให้ปริมาณของเอนไซม์ลดลง ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลง สารชะงักเหล่านี้อาจจะเปลี่ยนหรือไม่เปลี่ยนไปก็ได้ การเพิ่มปริมาณของสารเริ่มต้นให้มากขึ้นจะลดผลของ Competitive Inhibitor ได้ ตัวอย่างของ Competitive Inhibitor คือ การที่มาโลเนท (malonate) แย่งทำปฏิกิริยากับ succinate dehydrogenase ซึ่งเอนไซม์ชนิดนี้ปกติจะทำปฏิกิริยากับ succinate ได้ fumarate ซึ่งปรากฏในการหายใจ ซึ่งเมื่อ malonate รวมกับเอนไซม์แล้วทำให้การหายใจเกิดไม่ได้
5.2 Non competitive Inhibitor สารชะงักการทำงานของเอนไซม์ชนิดนี้จะเข้ารวมกับเอนไซม์แต่จะไม่รวมที่ Active Site สารพวกนี้มีลักษณะต่างจากสารเริ่มต้น การเพิ่มปริมาณของสารเริ่มต้นจะไม่สามารถลบล้างผลของสารเหล่านี้ได้ โลหะที่เป็นพิษทั้งหลาย และสารที่รวมหรือทำลาย กลุ่มซัลฟ์ไฮดริล มักจะเป็นสารในกลุ่มนี้ เช่น การที่มีออกซิเจนมาก จะทำให้ -SH ถูกออกซิไดซ์ เกิดไดซัลไฟด์ บริดจ์ขึ้นมา ซึ่งทำให้โครงสร้างของเอนไซม์เปลี่ยนไป ทำให้ Active Site รวมกับสารเริ่มต้นไม่ได้ ส่วนโลหะ เช่น Hg+2 และ Ag+ จะเข้าแทนที่ไฮโดรเจนอะตอมของกลุ่มซัลฟ์ไฮดริล เกิดเป็น เมอแคบไทด์ (Mercaptides) ซึ่งไม่ละลายน้ำ
5.3 Uncompetitive Inhibitor สารชะงักการทำงานของเอนไซม์ ชนิดนี้ไม่รวมกับเอนไซม์อิสระ และไม่มีผลกระทบต่อปฏิกิริยาของเอนไซม์ และสารเริ่มต้น แต่จะเข้ารวมกับ เอนไซม์-สารเริ่มต้น ทำให้ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาต่อไปได้ การชะงักการทำงานของเอนไซม์จะเพิ่มขึ้นเมื่อมีสารเริ่มต้นมากขึ้น สารชะงักชนิดนี้มักจะพบในปฏิกิริยาซึ่งมีสารเริ่มต้นสองชนิด