آنزیم‌ها: یاوران یاخته
یک تکه نان ساده در دهانتان بگذارید و یک دقیقه بجوید، بی‌آنکه قورتش بدهید. کم‌کم کمی شیرین می‌شود. کسی به آن شکر نزده است، پس خود نان دارد تغییر می‌کند. چه چیزی آن را تغییر می‌دهد؟
افسانه یا واقعیت؟ آنزیم وقتی کارش را انجام می‌دهد، مصرف می‌شود و از بین می‌رود.
یاورانی که کارها را تند می‌کنند
درون یاخته پر از کارهای شیمیایی است. یاخته مولکول‌های غذا را می‌شکند، مولکول‌های کوچک را به هم وصل می‌کند و مولکول‌های بزرگ می‌سازد، و انرژی را از یک مولکول به مولکول دیگر می‌رساند. بیشترِ این واکنش‌های شیمیایی اگر به حال خود رها شوند، آن‌قدر کند پیش می‌روند که هیچ جانداری با آن‌ها زنده نمی‌ماند.
برای همین هر یاخته آنزیم (enzyme) دارد. آنزیم مولکولی است که یک واکنش شیمیایی را سریع‌تر می‌کند. تقریباً همه‌ی آنزیم‌ها پروتئین‌اند. آنزیم در واکنشی که به آن کمک می‌کند مصرف نمی‌شود: وقتی کار تمام شد، بی‌تغییر بیرون می‌آید و می‌تواند همان کار را بارها و بارها انجام دهد.۱
شیرین شدن نان کارِ آنزیمی در بزاق شماست. این آنزیم شکستن نشاسته را شروع می‌کند. نشاسته رشته‌های بلندی از واحدهای قند است که در نان هست، و آنزیم آن را به قندهای کوچک‌تری تبدیل می‌کند که مزه‌ی شیرین دارند.۲ این نخستین گام گوارش است، یعنی خرد کردن غذا به تکه‌هایی آن‌قدر کوچک که بدن بتواند جذبشان کند (درس «گوارش» را ببینید).
همه چیز به شکل بستگی دارد
هر آنزیم روی سطحش حفره‌ای دارد و فقط مولکول مناسب در آن جا می‌شود. این جور شدن آن‌قدر دقیق است که دانشمندان اول آن را مثل کلیدی در قفل تصور کردند. امروز می‌دانیم که آنزیم وقتی مولکول در حفره‌اش می‌نشیند، کمی تغییر شکل می‌دهد و آن را محکم‌تر نگه می‌دارد.۱ در هر حال، همین جور شدن باعث می‌شود هر آنزیم فقط یک کار انجام دهد: آنزیم بزاق روی نشاسته کار می‌کند، اما روی چربی یا پروتئین نه.
جواب را ببینید
افسانه. آنزیم به انجام شدن واکنش کمک می‌کند، اما خودش بی‌تغییر از آن بیرون می‌آید. برای همین یک مولکول آنزیم می‌تواند همان کار را بارها و بارها تکرار کند.
گرمای زیاد کارش را می‌خواباند
آنزیم با شکلش کار می‌کند، پس هر چیزی که شکلش را عوض کند کارش را متوقف می‌کند. گرمای زیاد این کار را می‌کند، اسید خیلی زیاد یا خیلی کم هم همین‌طور. آنزیمی که این‌طور از شکل افتاده باشد، معمولاً دیگر به حالت اولش برنمی‌گردد.۱
نمونه‌ی این را در آشپزخانه دیده‌اید، البته در پروتئین‌های دیگر. سفیده‌ی تخم‌مرغ خام شفاف و آبکی است. وقتی در تابه گرمش کنید، پروتئین‌هایش از شکل می‌افتند و در هم گره می‌خورند، و سفیده سفید و سفت می‌شود. اگر دوباره سردش کنید، باز هم سفید می‌ماند. آنزیم‌های یاخته هم پروتئین‌اند، و برای همین یاخته‌ها فقط در محدوده‌ی باریکی از دما بهترین کار را می‌کنند.
آنزیم‌ها همه جا هستند
معده، لوزالمعده و روده‌ی باریک شما همه شیره‌هایی پر از آنزیم می‌سازند که کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و چربی‌ها را می‌شکنند.۲ فتوسنتز در برگ و تنفس یاخته‌ای در هر یاخته هر کدام زنجیره‌ی بلندی از گام‌هاست و برای هر گام آنزیمی هست که آن را تند می‌کند (درس‌های «گیاهان چطور غذا می‌سازند» و «یاخته‌ها چطور انرژی آزاد می‌کنند» را ببینید).
وقتی سیبی را می‌برید، گوشتش کم‌کم قهوه‌ای می‌شود. این هم کار یک آنزیم است: بریدن راه را برای هوا باز می‌کند و آنزیمی در سیب با کمک اکسیژن، موادی از میوه را به مواد قهوه‌ای تبدیل می‌کند. آب‌لیمو این کار را کند می‌کند، چون اسید کار آنزیم را ضعیف می‌کند.۳
خودتان امتحان کنید
سیبی را از وسط نصف کنید. روی سطح بریده‌ی یک نیمه آب‌لیمو بچکانید و نیمه‌ی دیگر را همان‌طور بگذارید. دو نیمه را کنار هم بگذارید و ۳۰ دقیقه بعد دوباره نگاه کنید. آنزیم روی کدام نیمه تندتر کار کرده است؟
واژه‌های این درس
- آنزیم - مولکولی، معمولاً پروتئین، که یک واکنش شیمیایی را سریع‌تر می‌کند و خودش مصرف نمی‌شود
- گوارش - خرد کردن غذا به تکه‌هایی آن‌قدر کوچک که بدن بتواند جذبشان کند
ایده‌ی اصلی
آنزیم‌ها شیمیِ زندگی را آن‌قدر سریع می‌کنند که جانداران زنده بمانند. هر کدام برای یک کار شکل گرفته‌اند و اگر شکلشان را از دست بدهند، از کار می‌افتند.
منابع
-
اوپن‌استکس، کتاب Biology 2e، 6.5 Enzymes (کتاب درسی، مجوز CC BY 4.0). ↩ ↩۲ ↩۳
-
مؤسسه‌ی ملی دیابت و بیماری‌های گوارش و کلیه‌ی آمریکا (NIDDK)، Your Digestive System & How It Works. ↩ ↩۲
-
مجله‌ی Scientific American، Why do apple slices turn brown after being cut?. ↩