Faculty of Science, Mahidol University
ศ.ดร. พิมพ์ใจ ใจเย็น : Official Website
ภาษาไทย | English หน้าหลักคณะวิทยาศาสตร์ » ภาควิชาชีวเคมี » ศ.ดร. พิมพ์ใจ
   
แนะนำห้องปฏิบัติการ
เอนไซม์พาราไฮดรอกซีฟีนิล
อะซีเตทไฮดรอกซีเลส
เอนไซม์ไพราโนสออกซิเดส
เอนไซม์ลูซิเฟอเรส
เอนไซม์เซอรีนไฮดรอกซี
เมธิลทรานสเฟอเรส
เทคนิคและวิธีการ
 
ประวัติและผลงาน (CV)
ประวัติในวิกิพีเดีย
รางวัลนักวิทย์รุ่นใหม่
 
กิจกรรมในต่างประเทศ
นักศึกษาและทีมวิจัย
ภาพกิจกรรม
วิทยานิพนธ์ของนักศึกษา

 

แนะนำห้องปฏิบัติการ ของ ศาสตราจารย์ ดร. พิมพ์ใจ ใจเย็น
สาขางานวิจัย หัวข้องานวิจัย
Enzyme Catalysis/Mechanism
Enzyme Engineering
Biocatalysis
Biorefinery/Bioenergy
Biosensor
Bioreporter
Synthetic Biology
Drug Discovery
Discovery of new enzymes and new mechanisms
Production of valuable chemicals and energy from biomass
Novel bioreporter and biosensor for biomedical applications
Finding new anti-malarial drugs from enzyme inhibition

การศึกษากลไกการทำงานของเอนไซม์

เอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีความสำคัญต่อการทำงานต่างๆภายในเซลล์ ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตจำเป็นต้องอาศัยเอนไซม์ในการเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นเอนไซม์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด เอนไซม์ส่วนใหญ่เป็นสารประเภทโปรตีน ซึ่งมีการขดม้วนตัวเป็นโครงสร้างสามมิติ มีบริเวณที่เป็นที่จับของสารตั้งต้นและเป็นบริเวณที่เกิดของปฏิกิริยา (active site) และมีตัวช่วยเร่งปฏิกิริยา หรือ cofactor ที่ช่วยให้ปฏิกิริยาเกิดได้อย่างเหมาะสม

เอนไซม์มีประโยชน์ต่อการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท เนื่องจากปฏิกิริยาที่ใช้เอนไซม์เป็นตัวเร่งสามารถเกิดได้โดยใช้พลังงานกระตุ้น ที่น้อยกว่าปฏิกิริยาที่เกิดโดยไม่ได้ใช้เอนไซม์ ทำให้ปฏิกิริยาสามารถเกิดขึ้นได้เร็วกว่ามาก นอกจากนั้นปฏิกิริยาสามารถเกิดได้อย่างจำเพาะ ได้ผลผลิตอย่างถูกต้องตามที่ต้องการ อุตสาหกรรมสมัยใหม่หลายประเภทในประเทศที่พัฒนาแล้ว ได้ประยุกต์ใช้เอนไซม์ในขั้นตอนผลิตสารเคมีที่มีมูลค่าสูง เนื่องใช้สามารถลดต้นทุนจากการใช้้พลังงานที่น้อยกว่าในกระบวนการผลิต  ลดปริมาณการใช้สารเคมีอันตราย และลดการปล่อยขยะเคมีในสิ่งแวดล้อม

นอกจากนี้การเข้าใจกลไกการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ ที่มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของเชื้อโรค จะสามารถนำไปสู่การคัดเลือกหาตัวยับยั้งปฏิกิริยา ที่อาจนำไปสู่การค้นพบยารักษาโรคตัวใหม่

เทคนิคที่ใช้ในการศึกษากลไกปฏิกิริยาของเอนไซม์

การศึกษากลไกปฏิกิริยาของเอนไซม์ต้องอาศัยศาสตร์หลายแขนงประกอบกันอย่างบูรณาการ ทั้งทางด้านชีวเคมี เคมีเชิงฟิสิกส์ เคมีอินทรีย์และ ชีววิทยาโมเลกุล เพื่อให้มีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งว่า ขั้นตอนต่างๆของปฏิกิริยาเคมีเป็นอย่างไร อาทิเช่น การวัดค่าคงที่ทางอุณหพลศาสตร์ (themodynamics) และทางจลนพลศาสตร์ (kinetics) ของปฏิกิริยา การวัดคุณสมบัติทางแสงที่เปลี่ยนไปของปฏิกิริยาด้วยเทคนิค absorbance, fluorescence, electron praramagenetic spectroscopy การศึกษาบทบาทหน้าที่ของกรดอะมิโนในเอนไซม์ต่อการเร่งปฏิกิริยา โดยใช้เทคนิค site-directed mutagenesis เพื่อทำการเปลี่ยนกรดอะมิโนที่คาดว่ามีความสำคัญต่อการเร่งปฏิกิริยาไปเป็นกรดอะมิโนตัวอื่น แล้วทำการเปรียบเทียบข้อมูลทั้งทางด้านจลนพลศาสตร์และโครงสร้างของเอนไซม์ เพื่อที่จะเข้าใจถึงหน้าที่ของกรดอะมิโนตัวนั้นในการเร่งปฏิกิริยา

นอกจากนี้ทางกลุ่มวิจัยเป็นกลุ่มวิจัยเดียวในประเทศสามารถศึกษาเทคนิคเฉพาะหลายอย่างที่จำเป็นต่อการเข้าใจกลไกปฏิกิริยาของเอนไซม์ เช่น
- จลนพลศาสตร์ก่อนสภาวะคงตัว (pre-steady kinetics) การศึกษา pre-steady state kinetics ของปฏิกิริยาโดยใช้เครื่อง Stopped-flow spectrometer และเครื่อง Rapid quench flow ทำให้สามารถติดตามการทำงานของเอนไซม์ได้อย่างรวดเร็ว ตั้งแต่ 0.002 s เป็นต้นไป ทำให้เราสามารถเห็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี และคุณสมบัติทางการดูดกลืนและการเรืองแสงของปฏิกิริยา ตั้งแต่เอนไซม์และ substrate เริ่มจับกัน  จะทำให้ได้ข้อมูลด้านอัตราเร็วของปฏิกิริยาในแต่ละขั้นตอน

- การศึกษาผลของไอโซโทปต่อจลนพลศาสตร์ (Kinetic isotope effect): การศึกษาผลของไอโซโทปต่อการแตกของพันธะในปฏิกิริยาที่เร่งด้วยเอนไซม์ (primary kinetic isotope effect) หรือผลของไอโซโทปตัวทำละลาย (solvent kinetic isotope effect) สามารถใช้ระบุการสร้างหรือการแตกของพันธะที่สำคัญในขั้นกำหนดปฏิกิริยา (rate-determining step) และทำให้เข้าใจว่าการเคลื่อนย้ายอะตอมใดที่มีความสำคัญต่อการเกิดปฏิกิริยาที่เร่งด้วยเอนไซม์

กลุ่มวิจัยของศาสตราจารย์ พิมพ์ใจ ใจเย็น ศึกษากลไกการทำงานของเอนไซม์กลุ่มออกซิโดรีดักเทส และอัลโดเลสอยู่เกือบ 20 ชนิด โดยแบ่งกลุ่มของเอนไซม์ที่กำลังศึกษาออกเป็น 4 กลุ่ม ตามความสามารถในการประยุกต์ใช้ ดังนี้

  1. เอนไซม์ที่มีประโยชน์ในการเร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ทางยาหรือสารเคมีที่มีมูลค่าสูง (Enzymes for biocatalysis applications)
    เอนไซม์เหล่านี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพที่ช่วยให้กระบวนการผลิตใช้เทคโนโลยีสะอาด เนื่องเอนไซม์สามารถช่วยให้ปฏิกิริยาเกิดได้อย่างจำเพาะและสามารถเกิดได้ในน้ำ จึงลดปริมาณการใช้ตัวทำละลายและสารเคมีที่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม ได้แก่
    1. เอนไซม์ para-hydroxyphenylacetate hydroxylase (HPAH) (ดูรายละเอียดเพิ่มเติม)
      เป็นเอนไซม์ที่มีความจำเพาะในการเติมหมู่ไฮดรอกซิลเข้ากับสารประกอบอะโรมาติกที่ตำแหน่ง ortho ปฏิกิริยานี้มีประโยชน์ต่อปฏิกิริยาการสังเคราะห์ยาตระกูลแคททีโคลามีน (catecholamines) ซึ่งเป็นยารักษาโรคเกี่ยวกับระบบประสาท 
    2. เอนไซม์ pyranose 2-oxidase (ดูรายละเอียดเพิ่มเติม)
      เป็นเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของน้ำตาลกลูโคสหรือกาแลคโทสอย่างจำเพาะที่คาร์บอนตำแหน่งที่สอง ปฏิกิริยาของเอนไซม์ pyranose 2- oxidase มีประโยชน์ในการสังเคราะห์น้ำตาลเทียม และสารประกอบน้ำตาลที่เป็นองค์ประกอบทางยาที่มีมูลค่าสูง

       

  2. เอนไซม์ที่มีประโยชน์ในกระบวนการเปลี่ยนผลผลิตเหลือใช้จากการเกษตรให้เป็นสารเคมีหรือพลังงานที่มีประโยชน์ (Enzymes for biorefinery process) เนื่องจากแหล่งปิโตรเคมีในโลกกำลังจะหมดไป การพัฒนากระบวนการผลิตสารเคมีที่มีสารตั้งต้นจากภาคอุตสาหกรรมการเกษตรโดยเฉพาะจากผลผลิตเหลือใช้ จะช่วยลดการพึ่งพาอุตสาหกรรมปิโตรเลียม เพิ่มความยั่งยืนของภาคการผลิตในประทศไทย และเป็นแหล่งพลังงานทางเลือก
    เนื่องจากประเทศไทยมีผลิตภัณฑ์เหลือใช้จากภาคการเกษตรค่อนข้างมาก กลุ่มวิิจัยของศาสตราจารย์ พิมพ์ใจ ใจเย็น ศึกษาการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซมออกซิโดรีดักเทสและอัลโดเลสอยู่หลายตัว ที่สามารถประยุกต์ใช้ในกระบวนการเปลี่ยนผลผลิตเหลือใช้จากการเกษตร เช่น สามารถเปลี่ยนอนุพันธ์ของ lignocellulose ให้เป็นสารเคมีที่ใช้ประโยชนได้เช่น อนุพันธ์พลาสติกชีวภาพ (bioplastic) เอนไซม์ที่สำคัญต่อกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพ (biogas) และเอนไซม์ที่เปลี่ยนพลังงานศักย์เคมีของสารชีวมวลเช่นนำ้ตาลเป็นพลังงานไฟฟ้า

  3. เอนไซม์ที่มีประโยชน์ในการประยุกต์ใช้เป็นตัวตรวจวัดชีวภาพ (Enzymes for bioreporter applications)
    เอนไซม์ในกลุ่มนี้ที่ศึกษาอยู่ ได้แก่ เอนไซม์ luciferase จากเชื้อแบคทีเรีย Vibrio campbellii และ  Photobacterium leiognathi ที่แยกได้จากทะเลไทย สามารถเร่งปฏิกิริยาการเรืองแสง มีประโยชน์ในการใช้เป็นเครื่องมือในการตรวจวัดและการวินิจฉัย ปริมาณการแสดงออกของยีน ทางกลุ่มวิจัยอยู่ในระหว่างการสร้าง reporter gene เพื่อใช้สำหรับตรวจวัดการแสดงออกของยีนสำหรับเซลล์สัตว์ชั้นสูงและเซลล์แบคทีเรีย (ดูรายละเอียดเพิ่มเติม) และเอนไซม์ออกซิโดรีดักเทส เช่น pyranose 2-oxidase pyranose dehydrogenase หรือ flavin reductase ที่สามารถเร่งปฏิกิริยาการรับส่งอิเลคตรอน ทำให้สามารถตรวจจับสารเคมี โดยการวัดสัญญานไฟฟ้า

  4. เอนไซม์ที่เป็นเป้าหมายใหม่สำหรับยาต้านเชื้อมาลาเรีย (Enzymes for malarial drug target) เอนไซม์ serine hydroxymethyl transferase มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของเชื้อมาลาเรีย การศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ตัวนี้เพื่อคัดเลือกหาตัวยับยั้งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพ อาจสามารถนำไปสู่การค้นพบยาต้านมาลาเรียตัวใหม่ (ดูรายละเอียดเพิ่มเติม)

ติดต่อเรา:
ห้องปฏิบัติการ (LAB) PR305 ตึก PR ชั้น 3
ภาควิชาชีวเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
ถนนพระรามที่ 6 กรุงเทพฯ 10400
โทร. 02-201-5596

หน่วยวิจัยโครงสร้างและการทำงานของโปรตีน (CPSF)
อาคารเฉลิมพระเกียรติ ชั้น 4 ห้อง K419
คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
272 ถนนพระรามที่ 6 กรุงเทพฯ 10400
โทร: 02-201-5847 โทรสาร : 02-201-5843 e-mail : pimchai.cha@mahidol.ac.th

 

[ มหาวิทยาลัยมหิดล ][ คณะวิทยาศาสตร์ ] พิมพ์ใจ ใจเย็น

science.mahidol.ac.th - ปรับปรุงครั้งล่าสุด : 16 มีนาคม 2561
สงวนลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2561 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

best tracker |