สารยับยั้งเอนไซม์ที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ

สิ่งมีชีวิตชนิดสามารถสร้างสารยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ได้ เพื่อป้องกันการถูกทำลายด้วยแมลงและจุลินทรีย์ เช่น ในใบและลำต้นมะเขือเทศและมันฝรั่ง จะมีสารยับยั้งเอนไซม์โปรตีเอส ตัวอย่างของสารยับยั้งเอนไซม์ที่สำคัญ ได้แก่

1. สารยับยั้งเอนไซม์โปรตีเอส

ถั่วเมล็ดแห้งและเมล็ดธัญชาติจะมียับยั้งสารเอนไซม์ทริพซิน เช่น ถั่วเหลืองดิบมีสารยับยั้งเอนไซม์ทริพซิน 2 ชนิด คือ

a. Kunitz inhibitor เป็นโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุล 21,000 ดาลตัน มีความเฉพาะเจาะจงกับเอนไซม์ทริพซิน โดยรวมตัวกันเป็นสารประกอบเชิงซ้อนในอัตราส่วน 1: 1

b. Bowman-Birk inhibitor เป็นโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุล 8,300 ดาลตัน ยับยั้งได้ทั้งเอนไซม์ทริพซินและไคโมทริพซิน โดยรวมตัวกันเป็นสารประกอบเชิงซ้อนในอัตราส่วน 1 : 1 ถั่วเกือบทุกชนิดมีสารยับยั้งเป็น Bowman-Birk inhibitor ส่วน Kunitz inhibitor มีพันธะไดซัลไฟด์ 2 อัน ทนความร้อนได้น้อยกว่า Bowman-Birk inhibitor เนื่องจากพันธะไดซัลไฟด์ 7 อัน สำหรับ Bowman-Birk inhibitor ต้องใช้ความร้อนนาน 1 ชั่วโมง จึงจะทำลายได้อย่างสมบูรณ์ หรืออาจใช้สารรีดิวซิงเอเจนต์ เช่น ซิสเตอีนสารยับยั้งเอนไซม์โปรตีเอสที่พบในถั่วเมล็ดแห้ง ปริมาณพอที่จะทำให้คุณค่าทางโภชนาการของโปรตีนในถั่วลดลงได้ เช่น มีผลทำให้ค่า Protein Efficiency Ratio (PER) ต่ำลง

การต้มถั่วให้สุกจะทำให้ปริมาณสารยับยั้งเอนไซม์ทริพซินในถั่วลดลง และค่า PER ของโปรตีนในถั่วจะเพิ่มขึ้น ไข่ขาวของไข่ไก่ พบสารยับยั้งเอนไซม์โปรตีเอส ซึ่งพบว่า มี 3 ชนิด คือ

a. โอโวมิวคอยด์ (Ovomucoid) มีความเฉพาะเจาะจงกับเอนไซม์ทริพซิน

b. โอโวอินฮิบิเตอร์ (ovoinhibitor) มีความเฉพาะเจาะจงกับเอนไซม์ทริพซิน ไคโมทริพซิน ซับทิลิซิน และเอนไซม์โปรตีเอสจาก Aspergillus oryzae

c. ซิสตาติน (cystatin) หรือสารยับยั้งเอนไซม์ปาเปน มีความเฉพาะเจาะจงต่อเอนไซม์ปาเปน และฟีซิน

โปรตีเอสอินฮิบิเตอร์ ยังพบได้ในตับอ่อนและในเลือด ทำหน้าที่ป้องกันการไฮโดรไลซ์ premature activation และ pro-form ของเอนไซม์โปรตีเอสในระบบย่อยอาหารและ blood clotting protease ตามลำดับ จุลินทรีย์หลายชนิดมีเพปไทด์อินฮิบิเตอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ที่สามารถยับยั้งเอนไซม์โปรตีเอสได้ เช่น ลูเพปติน (leupeptin) สามารถยับยั้งเอนไซม์ทริพซิน พลาสมิน ปาเปน และคาเทพซินบี (cathepsin B) ส่วนไคโมสแตติน (chymostatins) สามารถยับยั้งเอนไซม์ไคโมทริพซินและปาเปนได้ นอกจากนี้ยังมีอีลาสแตตินาล (elastatinal) ที่ยับยั้งเอนไซม์อีลาสเตส (elastase) เพปสแตติน (pepstatin) ที่ยับยั้งเอนไซม์เพปซินและเอนไซม์คาร์บอกซิลโปรตีเอสและฟอสโฟรามิดอน (phosphoramidon) ที่ยับยั้งเอนไซม์เทอร์โมไลซิน (thermolysin) สารยับยั้งที่เป็นเพปไทด์อินฮิบิเตอร์เหล่านี้มีความคงตัวมาก และสามารถผลิตสารเหล่านี้ได้โดยอาศัยกระบวนการหมัก ซึ่งจะมีประโยชน์ในการควบคุมการทำงานของเอนไซม์ในอาหารได้

2. สารยับยั้งเอนไซม์แอลฟา-อะไมเลส (alpha amylase) สารยับยั้งเอนไซม์แอลฟา-อะไมเลส มี 3 ชนิด ได้แก่

ก. ชนิดที่เป็นโปรตีน พบได้ในพืชชั้นสูงจะยับยั้งเอนไซม์แอลฟา-อะไมเลสในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและแมลง ตัวอย่างพืชที่พบสารยับยั้งเอนไซม์แอลฟา-อะไมเลส ได้แก่ ข้าวสาลี ข้าวโพด ข้าวบาร์เลย์ ข้าวไรน์ ข้าวฟ่าง ถั่วลิสง ถั่วเมล็ดแห้ง และเผือก สารยับยั้งเอนไซม์แอลฟา-อะไมเลสเป็นโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุล 9,000- 63,000 ดาลตัน ค่อนข้างทนต่อความร้อน อาจต้องใช้เวลาในการทำลายด้วยความร้อนนานอย่างน้อย 1 ชั่วโมง ข้อดีของสารยับยั้งเอนไซม์แอลฟา-อะไมเลส คือ ช่วยให้การย่อยคาร์โบไฮเดรต หรือสตาร์ช (starch) ในน้ำลายและลำไส้เล็กเป็นไปอย่างช้าๆ ทำให้น้ำตาลกลูโคสในเลือดเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ด้วย ซึ่งอาจเป็นผลดี เหมาะสำหรับเป็น อาหารสำหรับผู้ป่วยโรคเบาหวาน และ อาหารสำหรับผู้ที่ต้องการควบคุมน้ำหนัก

ข. ชนิดที่เป็นพอลิเพปไทด์ ผลิตโดยจุลินทรีย์ Streptomyces พอลิเพปไทด์เหล่านี้มีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 3,936-8,500 ดาลตัน สารยับยั้งชนิดนี้ยังไม่มีการศึกษากับเอนไซม์แอลฟา-อะไมเลสในพืช แมลง และสัตว์ มีเพียงงานวิจัยที่กำลังศึกษาในคนเท่านั้น

ค. ชนิดที่เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีไนโตรเจน (N-containing carbohydrate) ผลิตโดยจุลินทรีย์ Streptomyces เช่นเดียวกัน สามารถยับยั้งได้ทั้งเอนไซม์แอลฟา-อะไมเลส และแอลฟา-กลูโคซิเดส ตัวอย่างสารยับยั้งกลุ่มนี้ ได้แก่ โอลิโกสแตติน (oligostatin) อะไมโลสแตติน (amylostatin) และเทรสแตติน (trestatin) ซึ่งมีหน่วยย่อยของซูโดไดแซ็กคาไรด์ (pseudodisaccharide unit) อาจเป็นโอลิโกไบโอเอมีน (oligobioamine) หรือดีไฮโดรโอลิโกไบโอเอมีน (dehydrooligobioamine) ซึ่งจะมีแอลฟา-ดี-กลูโคสจำนวนหนึ่งต่อกันด้วยพันธะแอลฟา-1,4 และมีหนึ่งโมเลกุลเป็นพันธะแอลฟา-1,1

3. สารยับยั้งเอนไซม์อินเวอร์เตส ในมันฝรั่ง (Irish potato) และมันเทศ มีสารยับยั้งเอนไซม์อินเวอร์เตสด้วย ชนิดที่พบในมันฝรั่งเป็นโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุล 17,000 ดาลตัน สามารถยับยั้งเอนไซม์อินเวอร์เทสในมันฝรั่งและพืชอื่นๆ ได้ ปริมาณของสารยับยั้งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ใช้เก็บรักษา กล่าวคือ ปริมาณสารยับยั้งเอนไซม์อินเวอร์เทสจะมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและลดลงเมื่ออุณหภูมิต่ำลง เชื่อว่าสารยับยั้งนี้ควบคุมการทำงานของเอนไซม์อินเวอร์เทสในหัวมันฝรั่ง มันฝรั่งที่เก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิต่ำที่ไม่แช่เยือกแข็ง (freezing) จะมีรสหวานกว่า เพราะมีปริมาณน้ำตาลซูโครสสูง เมื่อเก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิสูงมันฝรั่งจะมีสตาร์ชสูง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของเอนไซม์และการทำงานของสารยับยั้งเอนไซม์อินเวอร์เทส จะมีผลต่อราคาและคุณภาพของมันฝรั่งที่จะนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ด้วย

 

 

References

ศาสตราจารย์ ดร. นิธิยา รัตนปนนท์ สารพิษในอาหาร