เอ็นไซม์ทำให้เมืองเซลลูล่าร์ทำงานตรงเวลา ปฏิกิริยาที่อาจใช้เวลานานกว่า 300 ปีโดยไม่ได้รับความช่วยเหลืออาจใช้เวลาประมาณหนึ่งวินาทีเมื่อเอนไซม์ก้าวเข้ามา โดยการโอบกอดโมเลกุลของพันธมิตรที่เฉพาะเจาะจงซึ่งเรียกว่าสารตั้งต้นและแปรสภาพเป็นสิ่งใหม่ เอ็นไซม์ช่วยให้ทุกอย่างตั้งแต่การถ่ายทอด DNA ไปจนถึงการย่อยอาหารไปจนถึงการสร้างแสง ในหิ่งห้อย ดังนั้นการทำความเข้าใจว่าเอนไซม์ทำงานอย่างไรจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจว่าเซลล์ทำงานอย่างไร และเพื่อจัดการกับเซลล์เหล่านั้น
เมื่อ Leonor Michaelis และ Maud Menten
เผยแพร่บทความที่โด่งดังในปัจจุบันของพวกเขาในBiochemische Zeitschriftในปี 1913 การเฝ้าดูเอนไซม์แต่ละตัวในที่ทำงานนั้นเป็นไปไม่ได้ ในการหาคำตอบว่าเอนไซม์ช่วยเปลี่ยนโมเลกุลข้างเคียงจากรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกรูปแบบหนึ่งได้เร็วเพียงใด ทั้งคู่ต้องทำการวิเคราะห์หลอดทดลองที่เต็มไปด้วยโมเลกุลหลายพันล้านโมเลกุล
Michaelis และ Menten มุ่งเน้นไปที่เอนไซม์ invertase ซึ่งช่วยย่อยสลายน้ำตาลซูโครส ซึ่งเป็นน้ำตาลทรายธรรมดา หากพวกเขาสามารถเห็นได้อย่างชัดเจนว่าเกิดอะไรขึ้นในหลอดทดลองของพวกเขา Michaelis และ Menten คงได้เห็นเอนไซม์จับโมเลกุลของน้ำตาล (ประกอบส่วนหนึ่งของมันเข้ากับร่องอย่างเรียบร้อย) แล้วแตกออกเป็นสองส่วน น้ำตาลเชิงเดี่ยว ฟรุกโตสและกลูโคสที่เกิดขึ้นจะกลายเป็นแหล่งพลังงานสำหรับเซลล์ และเอนไซม์จะนั่งและรอให้โมเลกุลซูโครสใหม่เกิดขึ้น
Michaelis และ Menten พบว่าเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนซูโครสหนึ่งช้อนเป็นกลูโคสและฟรุกโตสขึ้นอยู่กับปริมาณซูโครสในตอนแรก ยิ่งมีซูโครสมากเท่าใด ปฏิกิริยาก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น จนถึงจุดหนึ่ง หลังจากนั้นปฏิกิริยาก็ดำเนินไปอย่างมั่นคง
นักชีววิทยาอธิบายปรากฏการณ์นี้โดยวาดภาพเอ็นไซม์
และคู่ของพวกมันเข้าด้วยกันเหมือนล็อคและกุญแจ โดยทั่วไปแล้วเอนไซม์แต่ละประเภทจะทำงานร่วมกับพันธมิตรเพียงประเภทเดียว และทั้งสองรูปร่างก็เข้ากันได้อย่างลงตัว แต่เอนไซม์แต่ละตัวสามารถจับคู่กับพันธมิตรได้ครั้งละหนึ่งคู่เท่านั้น เมื่อเอ็นไซม์หมด พันธมิตรใหม่ต้องรอให้เอ็นไซม์ว่าง
นักวิจัยพอใจกับภาพนั้นไม่มากก็น้อยในอีก 85 ปีข้างหน้า และใส่สูตร Michaelis-Menten เพื่อกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาในเซลล์ เท่าที่ทดลองในแล็บส่วนใหญ่ได้ผล
แต่ในปี 1998 Sunney Xie ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ Harvard University และเพื่อนร่วมงานได้ใช้เครื่องหมายเรืองแสงเพื่อดูโมเลกุลเดี่ยวของเอนไซม์คอเลสเตอรอลออกซิเดสเมื่อพบและปรับเปลี่ยนคู่ของมันทีละตัว นักวิจัยสังเกตเห็นบางสิ่งที่แปลก: เอนไซม์ไม่ได้ทำงานด้วยความเร็วเท่ากันเสมอไป
“ถ้าคุณมีปฏิกิริยาเคมีธรรมดา คุณคาดหวังว่าช่วงเวลาเหล่านี้ [ระหว่างปฏิกิริยาหนึ่งและปฏิกิริยาถัดไป] จะคงที่” Blank กล่าวถึงงานของ Xie “เวลาเหล่านี้ไม่คงที่”
ความเร็วไม่ได้แตกต่างกันแบบสุ่มเช่นกัน ดูเหมือนว่าเอ็นไซม์จะทำงานอย่างรวดเร็วสำหรับโมเลกุลของพันธมิตรหลายตัวติดต่อกัน ชะลอการทำงานของโมเลกุลหลายตัวถัดไป จากนั้นเร่งความเร็วอีกครั้ง หากปฏิกิริยาหนึ่งใช้เวลาสั้นเป็นพิเศษ ปฏิกิริยาถัดไปก็มีแนวโน้มที่จะไปอย่างรวดเร็วเช่นกัน ราวกับว่าเอนไซม์สามารถจำระยะเวลาที่มันใช้ไปกับปฏิกิริยาสุดท้ายที่ทำ
ในปี 1998 ในสาขาวิทยาศาสตร์ Xie เสนอว่าเอ็นไซม์พลิกกลับระหว่างรูปร่างต่างๆ มากมาย ซึ่งแต่ละอันทำงานเหมือนกันด้วยความเร็วที่ต่างกัน
“เป็นเวลาหลายปีที่เราคิดว่าซับสเตรตเข้ากับเอ็นไซม์ด้วยกลไกการล็อคและกุญแจนี้ นั่นคือสิ่งที่เราทุกคนเรียนรู้ที่โรงเรียน” Blank กล่าว “โดยพื้นฐานแล้วไม่เป็นความจริง”
สมมติฐานชั้นนำระบุว่ารูปร่างหนึ่งเข้ากันได้ดีที่สุดกับโมเลกุลของพันธมิตรและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการบำรุงรักษา Blank กล่าว รูปร่างอื่นๆ อาจใช้งานไม่ได้เช่นกัน แต่มีความผ่อนคลายมากกว่า นักวิทยาศาสตร์คิดว่าเอ็นไซม์จะมีรูปร่างที่มีพลังงานสูงตราบเท่าที่มันจะทำได้ แต่มันจะงอตัวเป็นรูปมันฝรั่งที่นอนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ มันจะอยู่นิ่งๆ จนกว่าจะมีการระเบิดของพลังงานใหม่ บางทีจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมหรือจากความผันผวนแบบสุ่ม เตะมันกลับเข้าสู่โหมดประสิทธิภาพสูง
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
