สารเร่งทางชีวภาพ

ในฐานะที่เป็นตำนานและนิทานพื้นบ้านของสมัยโบราณเป็นพยานผู้คนจากกาลเวลาได้เตรียมไวน์จากน้ำองุ่นทำชีสจากนมเปรี้ยวโจมตีศัตรูและสัตว์ป่าด้วยลูกศรเคล็ดลับนั้นอิ่มตัวไปด้วยพิษร้ายแรง มนุษย์ได้สังเกตและใช้การเปลี่ยนแปลงที่น่าทึ่งมากมายที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตและวัสดุที่นำมาจากพวกมันเช่นการแข็งตัวของเลือดการทำให้สุก (และการสลายตัว) ของเนื้อปลาและผลิตภัณฑ์จากพืช แต่ทำไมทั้งหมดนี้ถึงเกิดขึ้นเขาไม่สามารถอธิบายได้เป็นเวลานาน เมื่อต้นศตวรรษที่ 19 เท่านั้นที่มีการค้นพบสารออกฤทธิ์ที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวในวัตถุทางชีววิทยา

พวกเขาเรียกว่าเอนไซม์ เอนไซม์บริสุทธิ์ตัวแรกที่แยกได้ในช่วงทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ 20 ในรูปของผลึกกลายเป็นโปรตีนและทั้งหมดที่ได้รับในภายหลัง (ตอนนี้มีประมาณสองพันชนิด) ก็เป็นโปรตีนชนิดพิเศษเช่นกัน

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเอนไซม์นั้นเหนือกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเทียมอย่างล้นเหลือในหลาย ๆ ด้าน ก่อนอื่นด้วยความแรงของการกระทำ ปฏิกิริยาเคมีหลายพันชนิดเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตโดยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์โดยไม่มีอุณหภูมิสูงและกดดันเร็วกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีที่ดีที่สุดหลายล้านเท่า

เอนไซม์มีข้อดีอีกอย่างหนึ่งที่สำคัญที่สุด พวกเขาแตกต่างจากตัวเร่งปฏิกิริยาเทียมในเหตุผลที่โดดเด่นของการกระทำของพวกเขากำกับอย่างเคร่งครัดและมีประสิทธิภาพมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เอนไซม์แต่ละชนิดทำงานได้อย่างเหมาะสมที่สุดโดยไม่ต้องมองหา "โซลูชันทางเทคโนโลยีที่ดีที่สุด" โดยจะแปลงสารประกอบที่เกี่ยวข้องกันเพียงกลุ่มเดียวหรือกลุ่มหนึ่ง ยิ่งไปกว่านั้นมันเปลี่ยนไปในทิศทางที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด

นี่คือความสามารถที่น่าทึ่งที่เอนไซม์พบว่ามี อย่างไรก็ตามเมื่อรู้มากเกี่ยวกับคุณสมบัติของพวกเขานักวิจัยแม้กระทั่งในศตวรรษของเราก็ไม่สามารถตอบคำถามได้ว่าพวกเขาคืออะไรหลังจากทั้งหมด จริงอยู่นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงเช่น I.Pavlov, A. Bach, E. Fischer, F. Hopkins เชื่อว่ากิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตใด ๆ การเผาผลาญอาหารไม่ได้เป็นอะไรมากไปกว่าปฏิกิริยาทางเคมีจำนวนนับไม่ถ้วนที่เกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่ได้รับคำสั่งอย่างเคร่งครัด . และเอนไซม์เป็นชนิดของ "ผู้พิทักษ์คำสั่ง" (หรือมากกว่านั้นก็คือผู้จัดงาน) ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าพวกเขามีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญอาหารอย่างไร และในทางกลับกันเขาก็เป็นพื้นฐานของการทำงานทางชีวภาพทั้งหมด: โภชนาการการสืบพันธุ์การพัฒนาการถ่ายทอดทางพันธุกรรมความหงุดหงิดความคล่องตัว

ท้ายที่สุด "คนแปลกหน้าลึกลับ" - เอนไซม์เหล่านี้มีไว้เพื่ออะไร? ต้องใช้เวลาหลายปีในการทำงานการไตร่ตรองและการทดลองก่อนที่จะเห็นได้ชัดว่าในสิ่งมีชีวิตพวกมันไม่เพียง แต่เร่งปฏิกิริยาการเผาผลาญเท่านั้น แต่ยังเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับส่วนที่ "ทำงาน" ของเซลล์ สิ่งนี้แสดงครั้งแรกในทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่แล้วโดย V. Engelhardt และ M. Lyubimova พวกเขาพบว่าโปรตีนที่หดตัวของกล้ามเนื้อและเอนไซม์ที่ปล่อยพลังงานสำหรับการหดตัวนั้นเหมือนกัน Engelhardt แนะนำว่าเอนไซม์เป็นส่วนสำคัญของมวลทั้งหมดของโปรตีนในเซลล์

ความคิดนี้ได้รับการยืนยันอย่างสมบูรณ์ ยิ่งไปกว่านั้นอวัยวะที่สำคัญอย่างยิ่งของเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีนการถ่ายโอนสารและการหายใจของเซลล์นั้นส่วนใหญ่สร้างขึ้นจากโปรตีนเอนไซม์พิเศษ กล่าวอีกนัยหนึ่งเอนไซม์จะถูกวางไว้ในที่ที่จำเป็นเพื่อเป็นเครื่องมือที่ละเอียดอ่อนในการเปลี่ยนแปลงทางเคมี

ผู้อ่านอาจถามว่ามันสำคัญมากเอนไซม์ตัวไหน "ขึ้นทะเบียน"? สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่ามันทำงานอย่างไร ปรากฎว่า "ภูมิประเทศ" ในกรณีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งไม่เพียง แต่สำหรับวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการปฏิบัติด้วย ท้ายที่สุดเอนไซม์ไม่เพียง แต่เร่งปฏิกิริยาเท่านั้นในทางกลับกันพวกเขาเองก็ถูกกำหนดเป้าหมายโดยการกระทำของสารประกอบที่ใช้งานทางชีวภาพส่วนใหญ่เช่นวิตามินฮอร์โมนยาปฏิชีวนะสารยาและสารพิษ

ฉันจำเป็นต้องอธิบายหรือไม่ว่ากลุ่มเป้าหมายใดที่เต็มไปด้วยทั้งคำจำกัดความที่แน่นอนของ "พิกัด" ของเอนไซม์บางชนิดและความสามารถในการมีอิทธิพลต่อการกระทำของพวกเขา ตัวอย่างเช่นสารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อนที่โจมตีหนึ่งในเอนไซม์ที่จำเป็นต่อการทำงานของศูนย์ประสาทได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นการรักษาที่มีประสิทธิภาพสำหรับโรคตาและโรคประสาทที่รุนแรงหลายชนิด การอธิบายโครงสร้างและการทำงานของเอนไซม์วิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีการควบคุมกระบวนการทางสรีรวิทยาในทางปฏิบัติและวิธีการใหม่ ๆ ในการปกป้องสิ่งมีชีวิตจากอิทธิพลที่เป็นอันตราย

ปัจจุบันมีข้อบกพร่องเกี่ยวกับการเผาผลาญที่มีมา แต่กำเนิดในมนุษย์มากกว่าห้าร้อยข้อซึ่งสาเหตุเกิดจากการถ่ายทอดทางพันธุกรรมที่กำหนดโดยการละเมิดทางพันธุกรรมของการสังเคราะห์เอนไซม์บางชนิด ตัวอย่างเช่นการขาดเอนไซม์ แต่กำเนิดที่เร่งขั้นตอนสุดท้ายของการสังเคราะห์ทางชีวภาพของกรดอะมิโนไทโรซีนนำไปสู่การหยุดชะงักอย่างมากในพัฒนาการทางร่างกายและจิตใจของเด็ก ความบกพร่องในการสร้างเอนไซม์บางชนิดของการเผาผลาญน้ำตาลส่งผลให้เกิดการรบกวนที่เป็นอันตรายต่อเสถียรภาพของเซลล์เม็ดเลือด

การคัดเลือกที่ไม่มีใครเทียบได้ของการทำงานของเอนไซม์ทำให้เป็นรีเอเจนต์ที่มีค่าสำหรับการวิเคราะห์ทางชีวเคมี - การวัดปริมาณน้ำตาลกรดอะมิโนและอื่น ๆ ในส่วนผสมที่ซับซ้อนของสารประกอบที่เกี่ยวข้องที่คล้ายคลึงกันตลอดจนเพื่อวัตถุประสงค์ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ที่ดี ดังนั้นการใช้การเตรียมเอนไซม์ (หรือเซลล์จุลินทรีย์ที่อุดมไปด้วย) ในอุตสาหกรรมจึงช่วยลดต้นทุนของการเตรียมทางชีวเคมีที่สำคัญเช่นกรดแอสคอร์บิกและฮอร์โมนสเตียรอยด์ได้หลายเท่า

ปัจจุบันในประเทศที่พัฒนาแล้วทางเทคนิคส่วนใหญ่ได้มีการสร้างองค์กรเฉพาะที่ผลิตการเตรียมเอนไซม์ ยาเหล่านี้ใช้ในหลายพื้นที่ของอุตสาหกรรมเบาอาหารและยาเพิ่มความเข้มข้นและลดต้นทุนการผลิต ตัวอย่างเช่นการใช้ประโยชน์สามารถเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการของอาหารสัตว์ในการเลี้ยงสัตว์

ดูเหมือนว่าความเป็นไปได้ของการใช้ยาดังกล่าวจะไม่มีที่สิ้นสุด แต่ในความเป็นจริงแล้วแม้จะมีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาที่โดดเด่นของเอนไซม์ แต่การใช้ประโยชน์จริงจนถึงเมื่อไม่นานมานี้ก็ค่อนข้าง จำกัด สาเหตุ? ความไม่เสถียรของเอนไซม์และความยากลำบากในการแยกออกจากผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา สิ่งนี้ไม่รวมถึงการนำเอนไซม์กลับมาใช้ซ้ำและทำให้วิธีนี้ไม่ได้ประโยชน์ในหลาย ๆ กรณี

เมื่อเร็ว ๆ นี้ข้อบกพร่องเหล่านี้ได้รับการเอาชนะอย่างมาก วิธีการที่เรียกว่าการตรึงเอนไซม์ช่วยได้ที่นี่ จะเกิดอะไรขึ้นหากติดตั้งเอนไซม์ที่ไม่เสถียรโดยใช้พันธะเคมีที่แข็งแกร่งหรือด้วยวิธีอื่นในการทำให้พอลิเมอร์พาหะที่ไม่ละลายน้ำของธรรมชาติต่างๆ - อนุพันธ์ของเซลลูโลส, พลาสติกแลกเปลี่ยนไอออน, แว่นตาที่มีรูพรุน, เจลออร์กาโนซิลิเกต? หลักการนี้ค่อนข้างชวนให้นึกถึงการต่อกิ่งของต้นแอปเปิ้ลพันธุ์ทางใต้ไปจนถึงพันธุ์ทางตอนเหนือที่ทนน้ำค้างแข็ง แต่แน่นอนว่ามันเตือนฉันจากระยะไกลเท่านั้น นี่คือเครื่องชั่งที่แตกต่างกันกลไกที่แตกต่างกันและละเอียดอ่อนกว่ามาก และคำถามก็ค่อนข้างเป็นธรรมชาติที่นี่: คุณสมบัติอันมีค่าของเอนไซม์จะถูกเก็บรักษาไว้หรือไม่หลังจากดำเนินการดังกล่าวแล้ว?

และปรากฎว่าใช่พวกเขาเป็น ยิ่งไปกว่านั้นเอนไซม์ที่ตรึงไว้ในขณะที่ยังคงรักษาส่วนสำคัญของการเร่งปฏิกิริยาไว้ในหลาย ๆ กรณีมีความเสถียรเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

คุณเข้าใจว่าสิ่งที่สามารถทำได้หากสถานที่ของตัวเร่งปฏิกิริยาในปัจจุบันซึ่งค่อนข้างหยาบ "ไม่ยืดหยุ่น" เมื่อเปรียบเทียบกับเอนไซม์ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเกษตรกรรมยาโดยตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่และสารชะลอปฏิกิริยาที่มีคุณสมบัติที่ดีที่สุดของเอนไซม์ แต่ในขณะเดียวกัน เวลาความต้านทานของตัวเร่งปฏิกิริยาเทียม หาก“ เซนทอร์” ดังกล่าวถูก“ ควบคุม” เข้าสู่ระบบเศรษฐกิจอย่างเหมาะสมและถูกบังคับให้ทำงานเพื่อตอบสนองความต้องการด้วยความทุ่มเทอย่างเต็มที่สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ตอนนี้ความหวังอันยิ่งใหญ่กำลังถูกตรึงไว้ในสาขาการวิจัยใหม่นี้ซึ่งเรียกว่า "การหมักทางวิศวกรรม" สัญญาว่าจะลดความซับซ้อนของอุตสาหกรรมต่างๆอย่างมีนัยสำคัญและสร้างอุตสาหกรรมใหม่โดยพื้นฐาน แม้จะมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับการผลิตเอนไซม์ตรึง แต่ความเป็นไปได้ในการใช้ซ้ำทำให้เทคโนโลยีใหม่มีเหตุผลทางเศรษฐกิจ

นักวิทยาศาสตร์คาดหวังว่าการใช้เอนไซม์ตรึงในอนาคตจะเป็นไปได้ที่จะแก้ปัญหาที่ซับซ้อนหลายประการไม่เพียง แต่การสังเคราะห์สารอินทรีย์ที่ดีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพลังงานทางเคมีด้วยเช่นการสร้างระบบทางชีวภาพสำหรับการตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศการสังเคราะห์ ของเชื้อเพลิงอินทรีย์เหลวจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซธรรมชาติ

มันเป็นไปโดยไม่ได้บอกว่าการแก้ปัญหาเหล่านี้และปัญหาประยุกต์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพเป็นไปได้เฉพาะกับการวิจัยพื้นฐานในระดับสูงเพียงพอเกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของเอนไซม์ สถาบันวิจัยและมหาวิทยาลัยหลายแห่งเกี่ยวข้องกับเคมีและชีวเคมีของเอนไซม์ นักวิทยาศาสตร์ในประเทศได้สร้างผลงานที่สำคัญและเป็นที่ยอมรับในระดับสากลมากมายในสาขาวิทยาศาสตร์นี้

มนุษย์เข้าสู่การแข่งขันกับธรรมชาติในพื้นที่ที่ดูเหมือนจะไม่สามารถเข้าถึงได้โดยพื้นฐานเมื่อวานนี้ การเรียนรู้ความลับของเอนไซม์บังคับให้พวกเขาปรนนิบัติตัวเองเพิ่มความเป็นอยู่ที่ดีเพื่อปกป้องสุขภาพของพวกเขาเขาเขียนหน้าใหม่ในหนังสือความรู้ที่ยิ่งใหญ่ของเราเกี่ยวกับโลก

A. Braunstein

สิ่งพิมพ์ที่คล้ายกัน

กรงคืออะไร?

โครงสร้างโปรตีนถูกสร้างขึ้นอย่างไร

แรงกระตุ้นของประสาทและ RNA