एंझाइमे : (वितंचक). सजीव कोशिकांपासून (पेशींपासून) उत्पन्न होणार्‍या आणि सर्व जैव रासायनिक विक्रियांना उत्प्रेरक (विक्रियेत भाग न घेता रासायनिक विक्रिया जलद घडविणारा पदार्थ) असलेल्या प्रथिनयुक्त पदार्थांना एंझाइमे असे म्हणतात. एंझाइमे उच्च रेणुभाराची आहेत. त्यांपैकी काही कोशिकांच्या आतच राहून, तर काही कोशिकांबाहेर पडून शरीरात इतरत्र काम करतात. त्यांना अनुक्रमे कोशिकांतर्गत आणि कोशिकाबाह्य एंझाइमे म्हणतात. एंझाइमे ही कोशिकांमध्ये सारख्या प्रमाणात पसरलेली नसतात. पण ती अधिकतर अधिकोशिकीय (कोशिकेच्या आतील) संरचनेत किंवा कप्प्यात, विशिष्ट अवस्थेत असतात. काही एंझाइमे कोशिकेच्या कलेत (पातळ थरात), केंद्रकात (कोशिकेतील बहुविध कार्यास आवश्यक असणार्‍या जटिल गोलसर पुंजात) किंवा अधिकोशिकीय कणांत असतात. कोशिकांमधील चयापचय (सतत होणार्‍या रासायनिक-भौतिक घडामोडी), क्रियेत वसा प्रथिने, कार्बोहायड्रेटे इत्यादींवर विविध विक्रिया होतात व त्या एंझाइमांवर अवलंबून असतात. यामुळे कोशिकांची कार्यक्षमता त्यांतील एंझाइमांच्या सहकार्यावरच अवलंबून असते.
रासायनिक प्रयोगशाळेत उत्प्रेरक पदार्थांच्यामुळे कित्येक रासायनिक विक्रिया घडून येतात. एंझाइमे व उत्प्रेरके या सर्वांच्या कार्याचे एक वैशिष्ट्य असते. ते असे की, संबंधित रासायनिक विक्रिया घडवून आणल्यानंतर ती सर्व पूर्वस्थितीत असलेली आढळतात. तसेच त्यांच्या एकंदर कार्यपद्धतीत फरकही आढळतात. उत्प्रेरकाची विक्रिया एकमार्गी असते तर एंझाइमाकडून विक्रियांचा समतोल राखला जातो. एकच उत्प्रेरक अनेक रासायनिक विक्रिया घडवून आणण्यासाठी उपयोगी पडतो. पण एंझाइमाच्या विक्रियेमध्ये विशिष्टता नेहमीच राखली जाते. बर्‍याचशा उत्प्रेरकांच्या कार्यासाठी ५००° ते १,०००° से. अशा उच्च तपमानाची आवश्यकता असते, तर एंझाइमांच्या कार्यासाठी ३०° ते ५०° से. इतके सौम्य तपमान पुरेसे असते. या तपमानात फरक झाला तर एंझाइमाच्या विक्रियेवर परिणाम होतो. समनर यांनी १९२६ मध्ये युरियेज हे एंझआइम स्फटिकरूपाने वेगळे केल्यापासून काही एंझाइमे स्फटिकरूपात वेगळी केली जात आहेत. आतापर्यंत अनेक एंझाइमांचा शोध लागलेला असून त्यांपैकी सु. १३० एंझाइमे शुद्ध स्वरूपात तयार करण्यात आलेली आहेत.
एंझाइमांची विक्रिया ज्या पदार्थांवर होते त्यांना कार्यद्रव्य असे म्हणतात. एंझाइमामुळे कार्यद्रव्याचे अपघटन (मूळ रेणूचे तुकडे पडून लहान रेणू अथवा अणू बनणे) किंवा संश्लेषणही (घटक अणू वा रेणू एकत्र आणून त्यांच्या रासायनिक क्रियेने पदार्थ बनणेही) होऊ शकते. थोड्या प्रमाणात असलेल्या एंझाइमांमुळे कितीतरी पट असलेल्या कार्यद्रव्यांवर विक्रिया होऊ शकते. एंझाइमे उच्च रेणुभाराची असून कार्यद्रव्याचा रेणुभार कमी असतो. त्यामुळे एंझाइमाच्या प्रथिनांतील क्रियाशील स्थानाचा कार्यद्रव्याशी संपर्क येतो व विक्रियेत ते प्रत्यक्ष भाग घेऊ शकतील अशी शक्यता निर्माण होते. पॉलिपेप्टाइडांच्या [ॲमिनो अम्लांचे रेणू एकत्र येऊन तयार झालेल्या मोठ्य रेणुभाराच्या प्रथिनयुक्त संयुगांच्या, → ॲमिनो अम्ले] साखळीच्या जवळ नसणारे, पण साखळी किंवा त्यांच्या वलयांमुळे जवळ आलेले काही ॲमिनो अम्लाचे अवशिष्ट भागही ह्या क्रियाशील स्थानात आढळतात. यामध्येच एंझाइमाच्या विक्रियेसाठी जरूर असलेले को-एंझाइम असते. क्रियाशील स्थानाचा काही भाग कार्यद्रव्य बांधून ठेवण्यास, तर काही भाग रासायनिक बंधने बांधण्यात किंवा त्यांची फोड करण्यासाठी उपयोगी ठरतो. भोवताली असलेल्या वैशिष्टपूर्ण परिस्थितीमुळे एंझाइमाच्या क्रियाशील स्थानातील को-एंझाइमे व काही ॲमिनो अम्लांचा अविशिष्ट भाग यांना अद्वितीय गुणधर्म प्राप्त झालेले असून तसेच त्यांची व्युत्क्रमी (उलटसुटल दिशांनी होणारी) विक्रियाही होऊ शकते. ही परिस्थिती क्रियाशील स्थानाअभावी आढळत नाही. शुद्ध एंझाइमांची शक्ती समजण्यासाठी त्यांचे एकक देण्याची आवश्यकता असते. एंझाइमाच्या एका रेणूमुळे कार्यद्रव्याच्या जितक्या रेणूंवर एका मिनिटात विक्रिया होते त्यास ‘विक्रिया प्रभाव अंक’ असे म्हणतात. बर्‍याचशा एंझाइमांचे विक्रिया प्रभाव अंक १,००० हून जास्त असतात. काहींचे तर १० लक्षांहूनही जास्त असतात. कोलीन एस्टरेज व कॅटॅलेज या दोन एंझाइमांचे विक्रिया प्रभाव अंक १८० लक्ष आहेत.
एंझाइमांची उत्पत्ती : एंझाइमांची उत्पत्ती गुंतागुंतीची व क्लिष्ट असून अजून तिच्याबद्दल स्पष्ट ज्ञान झालेले नाही. स्थूलमानाने त्याबद्दलचे शास्त्रज्ञांचे मत खालीलप्रमाणे आहे.
एंझाइमे ही प्रथिने असल्यामुळे रिबोन्यूक्लिइक अम्ल (आरएनए) व डीऑक्सिरिबोन्यूक्लिइक अम्ल (डीएनए) या न्यूक्लिइक [केंद्रकात प्रथिन रेणूच्या जोडीने आढळणार्‍या जटिल कार्बनी अम्लांच्या, → न्यूक्लिइक अम्ले] अम्लांच्या साहाय्याने कोशिकांमध्ये त्यांचे संश्लेषण होते. तसेच एखाद्या जीनच्या [एका पिढीतून दुसर्‍या पिढीत आनुवंशिक लक्षणे नेणार्‍या सूक्ष्म घटकांवरील म्हणजे गुणसूत्रावरील लक्षण निदर्शित करणार्‍या एककाच्या, → जीन ] अभावी एंझाइमाचे संश्लेषण शरीरात होत नसेल, तर त्या व्यक्तीमध्ये जन्मजात दोषांचा उद्भाव झालेला आढळून येतो. एंझाइमे तयार करण्याची शक्ती जीनमार्गे पुढच्या पिढीतील कोशिकांना मिळते.
एंझाइम संश्लेषणाबाबत दुसरा एक सिद्धांत शास्त्रज्ञांनी मांडलेला आहे. त्याला प्रवर्तक सिद्धांत असे नाव असून सूक्ष्मजीवांच्या साहाय्याने त्याबद्दल बरीच माहिती उपलब्ध झालेली आहे. प्रवर्तक हा एंझाइमाची विक्रियाशीलता वाढविणारा अत्यल्प प्रमाणातील पदार्थ असून कार्यद्रव्य अथवा त्याच्याशी सदृश अशा संयुगांचा प्रवर्तक म्हणून उपयोग केला असता पुढील माहिती मिळाली : गॅलॅक्टोज या पदार्थाचा प्रवर्तक म्हणून उपयोग केला असता एश्चेरिकिया कोलाय या जंतूंमध्ये बीटा गॅटॅक्टोसाइडेज या एंझाइमाचे प्रमाण अधिक दिसून आले, तसेच ट्रिप्टोफेन हे संयुग गिनीपिग या प्राण्यास दिले असताना त्या गिनीपिगाच्या यकृतातील ट्रिप्टोफेन पायरिडेज या एंझाइमाचे प्रमाण दसपट वाढले. यावरून प्रवर्तकामुळे एंझाइमाची उत्पत्ती वाझते असे दिसून येते. जीन व प्रवर्तक अशा दोहोंच्या मदतीने कोशिकांमध्ये एंझाइमांचे संश्लेषण होत असावे.
एंझाइमांचे नामकरण : विविध एंझाइमांना एका विशिष्ट पद्धतीने नावे देण्यात आलेली आहेत. ज्या मूळ कार्यद्रव्यावर एंझाइमाची विक्रिया होते त्याच्या इंग्रजी नावापुढे ase (एज) असा प्रत्यय लावून एंझाइमाचे नाव ठेवण्याच येते. उदा., प्रथिन (protein) पदार्थावर विक्रिया करणार्‍या एंझाइमांना प्रोटिएज (protease) आणि पिष्टमय आणि वसामय पदार्थांवर विक्रिया करणार्‍या एंझाइमांना अनुक्रमे ॲमिलेज आणि लायपेज अशी नावे ठेवण्यात आली आहेत. ही पद्धत प्रचारात येण्यापूर्वी जी एंझाइमे विशिष्ट नावाने माहीत होती ती नावे मात्र तशीच ठेवण्यात आलेली आहेत उदा., पेप्सीन, ट्रिप्सीन वगैरे.
काही एंझाइमे कार्यक्षम होण्यापूर्वीच्या अवस्थेतच बाहेर पडतात. त्याना एंझाइमजनक असे म्हणतात. उदा., पेप्सिनोजेन, ट्रिप्सिनोजेन, कायमोट्रिप्सिनोजेन. ही प्रथिनविभाजक एंझाइमे अक्रियाशील स्वरूपात बाहेर पडल्यामुळे ऊतकांचे (समान रचना व कार्य असणार्‍या कोशिकांच्या समूहांचे) अपघटन होण्याचे टळते [→ पेप्सीन].
एंझाइमांचे शुद्धीकरण : कोशिकांमध्ये एंझाइमांबरोबर इतर अनेक पदार्थही असतात. एखाद्या विशिष्ट एंझाइमाचा व त्याच्या गुणधर्माचा अभ्यास करण्यासाठी ते एंझाइम शुद्ध स्वरूपात मिळविणे आवश्यक असते, त्याचे अनेक मार्ग आहेत.
प्रथम ज्या कोशिकासमूहांत किंवा ऊतकांत ते एंझाइम उत्पन्न होते, ती ऊतके वाटून, बारीक करून पाणी अथवा दुसर्‍या एखाद्या विद्रावात मिसळल्यानंतर एंझाइम त्या पाण्यात अथवा विद्रावकात (विरघळविणार्‍या पदार्थात) विरघळून उतरते. काही एंझाइमे कोशिकाभित्तीचा भेद केल्याशिवाय मिळू शकत नाहीत. म्हणून स्वच्छ व शुद्ध बारीक वाळू अथवा काचेचे मणी त्याच्यात मिसळून वाटले असता कोशिकाभित्तीचा भेद होऊन एंझाइमे बाहेरच्या विद्रावात विरघळतात. आलटून पालटून शीत व उष्ण स्थितींचा उपयोग केल्यास, केंद्रोत्सारी (केंद्रापासून दूर ढकलणार्‍या प्रेरणेचा उपयोग करणार्‍या) यंत्राच्या साहाय्याने, अथवा टोल्यूइन, एथिल ॲसिटेट यांसारख्या पदार्थांत ऊतक मिसळल्यास कोशिकाभित्तीचा भेद होऊ शकतो. या विविध प्रकारांनी पाण्यात अथवा विद्रावकात एंझाइम विरघळवून मिळविले, ही एंझाइम शुद्धीकरणातील पहिली पायरी होय. तिलाच ‘अर्क काढणे’ अथवा ‘निष्कासन’ असे म्हणतात.
अर्क तयार झाला तरी त्यात एंझाइमाशिवाय इतर अनेक पदार्थ असतात. त्या पदार्थांपासून एंझाइम वेगळे काढण्यासाठी अनेक विक्रिया उपलब्ध आहेत. त्यांपैकी काहींचाच उल्लेख येथे केला आहे.
(अ) अमोनियम सल्फेट या लवणाच्या विद्रावात प्रथिने अवक्षेपित होतात (साका तयार होतो). त्या लवणाच्या सांद्रतेच्या (एकक घनफळामधील दिलेल्या पदार्थाच्या रेणूंच्या संख्येच्या) प्रमाणावर विविध प्रथिनांचे अवक्षेपण अवलंबून असते म्हणून त्या लवणाचे विद्राव सुरुवातीस कमी सांद्रतेचे वापरून टप्प्याटप्प्याने त्या सांद्रतेचे प्रमाण वाढवीत गेल्यास, दर टप्प्यावर अवक्षेपित होणारी प्रथिने वेगळी करता येतात.
(आ) अर्कातील लवण व इतर स्फटिकी पदार्थ वेगळे काढण्या-साठी त्यांच्या पारगम्यतेचा (आरपार जाण्याच्या गुणधर्माचा) उप-योग करता येतो. सेलोफेन अथवा कलोडिन यांपासून बनविलेल्या पातळ पडद्यामधून हे लवण पदार्थ पलीकडे जाऊ शकतात. परंतु प्रथिने पदार्थ तसे जाऊ शकत नाहीत, म्हणून सेलोफेनाच्या पिशवीत अर्क भरून ती पिशवी पाण्यात धरली असता लवणादी पदार्थ पिशवी-बाहेरच्या पाण्यात मिसळून जाऊन पिशवीत फक्त प्रथिनेच म्हणजे एंझाइमेच राहतात. या क्रियेला अपोहन असे म्हणतात.
(इ) अल्कोहॉल, ॲसिटोन वगैरे विद्रावकांचा उपयोग करूनही काही एंझाइमे वेगळी काढता येतात.
(ई) ॲल्युमिना-जेल सारख्या पदार्थांनी एंझाइमांचे अधिशोषण (पदार्थाच्या पृष्ठभागावर शोषण) करून घेऊन ती वेगळी काढून शुद्ध स्वरूपात मिळविता येतात.
(उ) एंझाइमे ही प्रथिने असल्यामुळे विद्रावाचा योग्य तो सम-विद्युत् भार बिंदू pH (ज्या pH मूल्याला रासायनिक संयुग विद्युत् भाराच्या दृष्टीने उदासीन असते ते मूल्य) आणून, त्यामध्ये असलेल्या एंझाइमांचे अवक्षेपण करता येते [pH मूल्य हे विद्रावाची अम्लता वा क्षारकता, म्हणजे अम्लाशी विक्रिया झाल्यास लवण देणार्‍या पदार्थाचे गुणधर्म असणे हे दर्शविणारे मूल्य, → पीएच मूल्य].
(ऊ) विद्युत् निस्सरण (द्रवामध्ये लोंबकळणार्‍या कणांचे विद्युत् प्रवाहाच्या साहाय्याने वेगळे करण्याच्या) क्रियेनेही एंझाइमांचे शुद्धी-करण करता येते. अशा विविध प्रकारांनी एंझाइमे शुद्ध स्वरूपात मिळविता येऊन त्यांचा अधिक अभ्यास करता येतो.
एंझाइमांचे स्वरूप व संरचना : एंझाइमे ही प्रथिने संयुगे आहेत. काही एंझाइमांच्या संरचनेत धातूंचा अथवा इतर संयुगांचा अंतर्भाव झालेला असतो. पूर्णपणे प्रथिनयुक्त असलेल्या एंझाइमांची उदाहरणे म्हणजे पेप्सीन, ट्रीप्सीन, लायपेज, युरियेज वगैरे असून, धातु-युक्त एंझाइमांची उदाहरणे म्हणजे टायरोसीनेज, कॅटॅलेज, पेरॉक्सिडेज वगैरे आहेत.
एंझाइमे ही प्रथिने असल्यामुळे उष्णतेने त्यांच्या मूळ स्वरूपात बदल होतो. ट्रायक्लोर-ॲसिटिक अम्ल अथवा अमोनियम सल्फेटामुळे त्यांचे अवक्षेपण होते.
एंझाइमांची रासायनिक संरचना संशोधनाद्वारे आता हळूहळू ज्ञात होऊ लागली आहे. उदा., रिबोन्यूक्लिएज या एंझाइमामध्ये १२४ ॲमिनो अम्ले असून त्याचा रेणूभार १४,००० आहे.
एंझाइमांचे वैशिष्ट्य : कार्यद्रव्यातील एका विशिष्ट रासायनिक पदार्थावर अथवा त्या पदार्थाच्या रासायनिक संरचनेशी समान असलेल्या पदार्थावरच एंझाइमाची विक्रिया होई शकते. हा एंझाइमाचा विशेष गुण आहे. ही विक्रिया त्या रासानयनिक पदार्थाच्या रासायनिक संरचनेमधील एका विशिष्ट बंधावरच होते. एंझाइमाच्या या वैशिष्ट्याचे निरनिराळे प्रकार आहेत.
(१) पूर्ण अथवा केवळ वैशिष्ट्य : प्रथिनातील एका विशिष्ट बंधावर क्रिया करणारी एंझाइमें त्या बंधाचे जलीय विच्छेदन (पाण्याच्या साहाय्याने दोन भाग करून) प्रथिनाचे रासायनिक स्वरूप बदलून टाकतात. उदा., प्रथिनविभाजक एंझाइमे प्रथिनातील पेप्टाइड बंधाचे जलीय विच्छेदन करतात. तसेच रेणू-रेणूतील घटकांचे स्थान बदलण्याचे कार्यही एंझाइमे करतात.
(२) सापेक्ष वैशिष्ट्य : एंझाइमाची विक्रिया कार्यद्रव्यातील विशिष्ट घटकावरच होऊ शकते. त्या घटकातील ॲमिनो अम्लांची रचना थोडी जरी बदलली, तरी ही विक्रिया होऊ शकत नाही. उदा., पेप्टाइड बंधाने बांधली गेलेली फिनिल ॲलॅनीन किंवा टायरोसीन ही विशिष्ट ॲमिनो अम्ले बेंझीन वलय घटकांची बनलेली असतात. त्यावर कायमोट्रिप्सीन हे एंझाइम विक्रिया करू शकते. परंतु हेच पेप्टाइड बंध जर दुसर्‍या ॲमिनो अम्लांचे असतील, तर त्या एंझाइमाची विक्रिया होत नाही. कार्‌बॉक्सिपेप्टिडेज हे एंझाइम, पेप्टाइड साखळीचा सुटा कार्‌बॉक्सिल गट असलेल्या अंत्य ॲमिनो अम्लाच्या पेप्टाइड बंधावर क्रिया करून ते ॲमिनो अम्ल सुटे करते. तर दुसर्‍या टोकाला सुटा ॲमिनो गट (NH2) असलेल्या अंत्य ॲमिनो अम्लाच्या बंधावर ॲमिनोपेप्टिडेज हे एंझाइम क्रिया करून ते सुटे करते.
(३) प्रतिबिंबीय वैशिष्ट्य : डी आणि एल-संयुगांवर एकाच एंझाइमामुळे विक्रिया होत नाही (विशिष्ट प्रतलाच कंपन पावणारा म्हणजे ध्रुवित प्रकाश एखाद्या संयुगातून जात असताना त्या संयुगामुळे प्रकाशाचे कंपन प्रतल डावीकडे वळल्यास त्या संयुगाला एल-संयुग व उजवीकडे वळल्यास डी-संयुग म्हणतात. अशा संयुगांना प्रकाशीय समघट म्हणतात व त्यांच्या रेणूंतील अणूंची मांडणी ते एकमेकांची आरशातील प्रतिबिंबे होतील अशा स्वरूपाची असते). या दोन संयुगांवर विक्रिया करणारी दोन स्वतंत्र एंझाइमे असतात. उदा., डी-ॲमिनो-ॲसिड-ऑक्सिडेज या एंझाइमाची विक्रिया फक्त डी-ॲमिनो अम्लावरच होते, एल-ॲमिनो अम्लावर होत नाही. त्यावर एल-ॲमिनो-ऑक्सिडेज याच एंझाइमाची विक्रिया होऊ शकते. या प्रकाराला प्रतिबिंबीय वैशिष्ट्य म्हणतात.
एंझाइमांचे वर्गीकरण : एंझाइमांचे वर्गीकरण अनेक प्रकारांनी करता येते. एंझाइमे घडवून आणतात त्या विक्रियेवरून, त्यांच्या रासायनिक स्वरूपावरून, ती शरीरातील कोणत्या भागात आहेत त्यावरून अथवा चयापचयात त्यांचा परिणाम काय होतो त्यावरून एंझाइमांचे वर्गीकरण करता येते. १९६१ मध्ये जीवशास्त्रज्ञांच्या आंतरराष्ट्रीय परिषदेने मान्य केलेले वर्गीकरण एंझाइमे कोणत्या प्रकारच्या रासायनिक विक्रिया घडवून आणतात त्यावर आधारलेलेल आहे. या वर्गीकरणात पाच प्रकार कल्पिले आहेत :
(१) जलीय विच्छेदक : या प्रकारची एंझाइमे पाण्याच्या योगाने एखाद्या संयुगाचे अपघटन करून त्याची दोन संयुगे बनवितात. या विक्रियेमध्ये पाण्याच्या रेणूतील हायड्रोजन व ऑक्सिजन यांचेही अपघटन होऊन ते त्या नवीन संयुगाशी संयुक्त होतात. जलीय विच्छेदक एंझाइमांचे पुढील तीन प्रकार आहेत :
एंझाइम विक्रियेचे गतिविज्ञान : एंझाइम विक्रियेच्या गतीवर अनेक घटकांचा परिणाम होत असतो. त्या सर्वांच्या अभ्यासानेच एंझाइम विक्रियेचे स्वरूप समजावून घेता येते.
एंझाइम विक्रियेच्या गतीवर परिणाम करणारे प्रमुख घटक म्हणजे एंझाइमांची सांद्रता, कार्यद्रव्याची सांद्रत, तपमान, pH मूल्य, कालखंड, सक्रियक (क्रियाशील करणारे) आणि निरोधके (विक्रियेला विरोध करणारे) ही होत. प्रत्येक घटकाच्या परिणामाचा अभ्यास करताना इतर घटक स्थिर स्थितीत असले पाहिजेत.
(१) एंझाइमांच्या सांद्रतेचे परिणाम: कार्यद्रव्याची सांद्रता स्थिर असताना आणि इतर विरोधी विक्रियांचा अभाव असताना एंझाइमांची कार्यगती त्यांच्या सांद्रतेप्रमाणे कमीजास्त होत असते. म्हणजे एंझाइमांचे प्रमाण दुप्पट केले, तर त्याच्या विक्रियेची गती दुप्पट होते. उदा., शुद्ध पेप्सीन या एंझाइमाचे प्रमाण जितके वाढते तितक्या अधिक प्रमाणात प्रथिनांच्या पचनाचे प्रमाण वाढते. मात्र एंझाइमांच्या सांद्रतेचे प्रमाण एका ठराविक मर्यादेपर्यंत वाढल्यानंतर त्या विक्रियेची गती तितक्या प्रमाणात वाढत नाही, कारण एंझाइम विक्रियेने उत्पन्न झालेल्या पदार्थामुळेच विक्रियेचा वेग कमी होतो.
(२) कार्यद्रव्याच्या सांद्रतेचे परिणाम : एका ठराविक मर्यादेपर्यंत कार्यद्रव्याच्या सांद्रतेच्या प्रमाणानुसार एंझाइमांची कार्यगती वाढते. त्या मर्यादेपेक्षा अधिक सांद्रता झाली, तरी एंझाइमांची कार्यगती वाढत नाही, ती कायमच राहते.
मायकेलिस आणि मेंटन या शास्त्रज्ञांनी १९१३ मध्ये कार्यद्रव्यांवरील एंझाइमांच्या विक्रियेसंबंधी एक सिद्धांत मांडला. त्यांच्या मते एंझाइम (E) आणि कार्यद्रव्यातील (S) रेणू यांचे एक संयुग (ES) तयार होते. ही विक्रिया व्युत्क्रमी (उलट सुलट दिशेने होणारी) असून हे संयुग तयार होताना कार्यद्रव्यामध्ये कोणताही रासायनिक बदल होत नाही. या संयुगापासून पुन्हा स्वतंत्र स्वरूपात एंझाइम (E) मिळते व कार्यद्रव्याचे नवीन संयुगात (P) रूपांतर होते. ही गोष्ट खालील समीकरणात दाखविली आहे :
E + S ⇌ ES → E + P
या विक्रियेवरून त्यांनी एक परिकल्पना बसविली असून तिला मायकेलिस परिकल्पना असे म्हणतात. मायकेलिस आणि मेंटन यांनी त्या परिकल्पनेच्या आधाराने खालील समीकरण मांडले.
|
V = |
Vm (S) |
|
Km + (S) |
या ठिकाणी V = एंझाइम विक्रियेची गती, S = कार्यद्रव्याची सांद्रता, Vm = एंझाइम विक्रियेची अधिकतम गती, Km = मायकेलिस स्थिरांक (अधिकतम गतीच्या निम्मी गती). प्रत्येक एंझाइमाच्या गतीचा स्थिरांक निश्चित असतो. वरील समीकरणावरून एंझाइम विक्रियेच्या गतीसंबंधी खालील निष्कर्ष निघतात.
(अ) जेव्हा स्थिरांकाच्या मूल्यापेक्षा कार्यद्रव्याच्या सांद्रतेचे मूल्य फार कमी असेल, तेव्हा एंझाइम कार्यगती कार्यद्रव्याच्या सांद्रतेप्रमाणे कमीजास्त होते. म्हणजे सांद्रता दुप्पट झाली, तर गती दुप्पट होते. सांद्रता कमी केली, तर गतीही त्या प्रमाणात कमी होते.
(आ) कार्यद्रव्याची सांद्रता स्थिरांकापेक्षा पुष्कळ अधिक असल्यास एंझाइम कार्यगती विक्रियेच्या अधिकतम गतीइतकी असते (V = Vm).
(इ) कार्यद्रव्याची सांद्रता स्थिरांकाइतकीच असेल, तर विक्रियेची गती अधिकतम गतीच्या निम्मी असते (V = Km).
(३) तपमानाचा परिणाम : एंझाइम विक्रियेची गती तपमानाच्या वाढीबरोबर अधिक झालेली दिसून येते. साधारणपणे असे म्हणता येईल की, सु. ५०० से. पर्यंत तापमान वाढवीत गेल्यास विक्रियेचा वेग वाढतो, पण अधिक तपमानात एंजाइमाचा नाश होतो. त्यामुळे ७०० ते ८०० से. एवढ्या तपमानात सर्व एंझाइम विक्रिया थांबतात.
प्रत्येक एंझाइमाचे एक विशिष्ट असे अनुकूलतम (विक्रिया होण्यास जास्तीत जास्त अनुकूल असणारे) तपमान असते. प्राणिज एंझाइमांचे अनुकूलतम तपमान सु. ४०° से. इतके असते, तर काही वनस्पतिज एंझाइमांचे अनुकूलतम तपमान ६०° से. इतकेही असू शकते. अनुकूलतम तपमानात विशिष्ट कालखंडात एंझाइमाची कार्यद्रव्यावर जास्तीत जास्त वेगाने विक्रिया होते. येथे हे लक्षात ठेवले पाहिजे की, अनुकूलतम तपमान हे एंझाइमांची शुद्धता आणि सांद्रता तसेच कार्यद्रव्याचे pH मूल्य यांवरही अवलंबून असते. एंझाइम कमीत कमी व अधिकात अधिक किती तपमानात कार्य करू शकेल याबद्दलही प्रत्येक एंझाइमाचे वैशिष्ट्य असते.
(४) pH मूल्याचा परिणाम प्रत्येक एंझाइमाला अनुकूलतम असे विशिष्ट pH मूल्य लागते. या अनुकूलतम मूल्यापेक्षा कमी अधिक pH मूल्याचे प्रमाण झाले, तर एंझाइमाची विक्रिया मंदावते. एंझाइम हे कलिल-प्रथिन (अतिसूक्ष्म कण लोंबकळत असलेले विशिष्ट प्रकारचे प्रथिन) असल्यामुळे त्याच्या विक्रियेवरील मूल्याचा pH परिणाम एंझाइमांच्या समविद्युत् pH मूल्याशी निगडित असावा असे मानतात.
नॉर्थ्रप या शास्त्रज्ञांनी असे प्रतिपादिले आहे की, ट्रिप्सीन, पेप्सीन वगैरे प्रथिनविभाजक एंझाइमांचे अनुकूलतम pH मूल्य ही गोष्ट ती एंझाइमे कोणत्या प्रथिनावर विक्रिया करतात त्यावर अवलंबून असते.
पेप्सीन हे एंझाइम २·० pH मूल्य असताना आणि कार्यद्रव्यांच्या आयनामध्ये धन विद्युत् भार असताना आणि कार्यद्रव्यांच्या आयनामध्ये धन विद्युत् भार असताना विक्रिया आणि कार्यद्रव्यांच्या आयनामध्ये धन विद्युत् भार असताना विक्रिया घडवून आणते, तर ट्रिप्सीन हे एंझाइम ८·० pH मूल्य असताना आणि कार्यद्रव्याच्या आयनांमध्ये (विद्युत् भारित रेणू, अणू वा अणुगट यामध्ये) ऋण विद्युत् भार असताना घडविते. पिष्टमय पदार्थ आणि वसामय पदार्थ ह्यांचे विश्लेषण करणार्‍या एंझाइमांना मात्र ही गोष्ट लागू नाही. त्यांची कार्यक्षमता दोन्ही प्रकारांच्या विद्युत् भारांवर आणि एंझाइमांच्या रेणूंवर अवलंबून असते.
(५) सक्रियक : अनेक आयनांमुळे व रेणूंमुळे एंझाइम विक्रिया सक्रियित होते. पुष्कळ एंझाइमे धातूंच्या आयनांमुळे सक्रियित होऊ शकतात. अनेक धातूंच्या आयनांमुळे अनेक एंझाइमे सक्रियित होतात. त्यांतील महत्त्वाच्या धातू म्हणजे सोडियम, पोटॅशियम, मॅग्‍नेशियम, जस्त, लोह, तांबे वगैरे. उदा., मॅग्‍नेशियम आयनामुळे पेप्टाइडेज आणि फॉस्फटेज ही एंझाइमे, जस्तामुळे कार्बॉनिक ॲन-हाइड्रेज, तांब्यामुळे टायरोसीनेज व ॲस्कॉर्बिक ॲसिटेज ही एंझाइमे सक्रियित होतात.
काही एंझाइमांमुळे दुसरी एंझाइमे सक्रियित होतात. उदा., एंटरोकायनेज हे एंझाइम ट्रिप्सीनोजेनाला सक्रियित करून त्याच्यापासून ट्रिप्सीन तयार करते. काही सक्रियकांच्या विक्रियेमुळे निरोधके नष्ट होतात व त्यमुळे एंझाइमे सक्रियित होत असतात.
(६) निरोधके : काही संयुगांमुळे एंझाइमाच्या कार्याचे निरोधन होऊ शकते. त्या संयुगांना निरोधक असे नाव असून त्यांचे पुढील दोन प्रकार आहेत :
(अ) स्पर्धी निरोधक : या प्रकारच्या निरोधकांचे रासायनिक स्वरूप पुष्कळसे कार्यद्रव्याशी सदृश असते. त्यामुळे ती निरोधके कार्यद्रव्याऐवजी एंझाइमाशी संयुक्त होऊ शकतात. पण हे संयुग निष्क्रिय असते. अशा प्रकारे निरोधक-एंझाइम संयोग होण्यात एंझाइम खर्ची पडल्याने विक्रिया करण्यास एंझाइम उरत नाही म्हणून एंझाइमाची विक्रिया थांबते.
कार्यद्रव्य व त्यांच्या समान संरचना असलेले निरोधक यांच्यामध्ये एंझाइमांशी संयुक्त होण्याच्या कामी स्पर्धा होऊन एंझाइम हे निरोध-काशी निगडीत झाल्यामुळे एंझाइम विक्रियेला निरोध होतो. उदा., अनेक सूक्ष्मजंतूंतील एंझाइमे पॅरो-ॲमिनो-बेंझॉइक अम्लाचे फॉलिक अम्लात रूपांतर करतात. पॅरा-ॲमिनो-बेंझॉइक अम्ल आणि सल्फोनिल अमाइड यांची रासनिक घटना सदृश असल्यामुळे सल्फोनिक अमाइड हेच एंझाइमाशी संयुक्त होण्यास एंझाइम उपलब्ध होऊ शकत नाही त्यामुळे फॉलिक अम्ल उत्पन्न होत नाही. हे फॉलिक अम्ल उत्पन्न होत नाही. हे फॉलिक अम्ल उत्पन्न न झाल्यामुळे सूक्ष्मजंतूंच्या पोषणात बिघाड होऊन त्यांचे प्रजनन कमी होते अथवा थांबते. पण कार्यद्रव्याचे प्रमाण वाढवून निरोधकांचा परिणाम नाहीसा करत येतो. सल्फा जातीच्या औषधांचा चिकित्सेत उपयोग केला जातो तो त्यांच्या या स्पर्धी निरोधनावर अवलंबून आहे.
(आ) अस्पर्धी निरोधक या जातीच्या निरोधकांचे कार्यद्रव्याशी रासायनिक साम्य नसते, परंतु त्यांच्या रासायनिक रचनेतील काही विशिष्ट घटक एंझाइमांच्या विशिष्ट भागांशी आंतर क्रिया करून त्या एंझाइमांना निष्प्रभ करतात त्यामुळे एंझाइमांची कार्यद्रव्यावर विक्रिया होऊ शकत नाही. या प्रकारच्या निरोधकांत पारा, चांदी वगैरे धातूंच्या आयनांचा अथवा सायनाइड, आयोडो-ॲसिटिक अम्ल वगैरे संयुगांचा समावेश होतो. उदा., कॅटॅलेज आणि ऑक्सिडेज या एंझाइमांचे निरोधन सायनाइड आयनांमुळे आणि डीहायड्रोजनेज या एंझाइमाचे निरोधन पॅराक्लोरोमर्क्युरीबेंझॉइक अम्लामुळे होते.
अस्पर्धी निरोधकांचा उपयोग एंझाइम विक्रियेच्या अभ्यासात करून घेता येतो. एंझाइमामुळे उत्पन्न होणार्‍या विविध विक्रियांचे निरोधन विशिष्ट टप्प्यांवर करून त्या विक्रियांतील टप्प्यांचा अभ्यास करणे शक्य झालेले आहे.
एंझाइमांचा उपयोग : एंझाइमांच्या अभ्यासामुळे वैद्यकशास्त्रात त्यांचे महत्त्व अतिशय वाढले आहे. शरीरात विविध ऊतकांमध्ये उत्पन्न होणार्‍या एंझाइमांपैकी काही रक्तात सापडतात. त्यांचे प्रमाण सामान्यतः नियमित असते व त्यांच्यामुळे ऊतकांचे कार्य नियमित चालते. काही रोगांमध्ये रक्तातील विशिष्ट एंझाइमांच्या प्रमाणात फरक पडतो व त्यामुळे काही रोगांच्या निदानास मदत होते. अशी उपयुक्त ठरलेली एंझाइमे खाली दिली आहेत
(१) ट्रान्स ॲमिनेज : रक्तातील दोन प्रकारची ट्रान्स ॲमिनेज एंझाइमे असतात. (अ) ग्लुटॉमिक-ऑक्झिलो-ॲसिटिक ट्रान्स ॲमिनेज (G.O.T) व (आ) ग्लुटॉमिक पायरुव्हिक ट्रान्स ॲमिनेज (G.P.T). हृदयविकारामध्ये विशेषतः हृदय स्नायूंच्या रक्तवाहिन्या बंद पडल्यामुळे त्या स्नायूंचा अभिकोथ [रोहिणीच्या अंतिम शाखेतील रक्त परिवहनातील अडथळ्यामुळे होणार्‍या आसपासच्या ऊतकांच्या मृत्यूने होणारा परिणाम, → अभिकोथ] होतो त्यावेळी पहिल्या प्रकारच्या एंझाइमाची रक्तात वाढ झालेली दिसते. यकृताच्या विकारात दुसर्‍या प्रकारच्या एंझाइमाची रक्तात वाढ होते.
(२) क्षारीय फॉस्फटेज : (क्षारीय म्हणजे अल्कलाइन). मुडदूस, कावीळ आणि यकृताच्या विकारांत या एंझाइमाचे प्रमाण वाढलेले असते.
(३) अम्ल फॉस्फटेज : या एंझाइमांचे प्राण अष्ठीला ग्रंथीच्या (पुरुषांमधील मूत्रशयाचे तोंड व मूत्रमार्ग यांना वेढणार्‍या ग्रंथीच्या) कर्करोगात वाढलेले दिसते.
(४) लॅक्टिक डीहायड्रोजन : हृदय स्नायुविकारात या एंझाइमाचे प्रमाण वाढते.
यांशिवाय कर्करोगाच्या निदानास मदत होईल अशी काही एंझाइमे मिळविण्याची खटपट शास्त्रज्ञ करीत आहेत. चिकित्सेमध्येही एंझाइमांचा उपयोग करण्यात येऊ लागला आहे.
पचन तंत्रातील (पचन संस्थेतील) काही विकारांत नैसर्गिक एंझाइमे कमी पडली, तर ती देऊन पचन विकार बरे करण्याचा प्रयत्न करता येतो. पेप्सीन, पँक्रियाटीन व ट्रिप्सीन ही एंझाइमे त्याकरिता वापरतात. ट्रिप्सीन या एंझाइमाचा उपयोग व्रण (अल्सर), जखमा आणि त्वचेखाली रक्त साखळणे यांवर करतात.
स्ट्रेप्टोकायनेज हे एंझाइम स्ट्रेप्टोकॉकस या जंतूपासून बनविण्यात आले असून त्याचा उपयोग रक्तवाहिन्यांतील क्लथित (गोठलेले) रक्त विरघळवून टाकण्याकरिता करतात. हायलुरोनिडेज आणि कोलीन एस्टरेज या एंझाइमांचा उपयोगही अनेक व्याधींच्या उपचारार्थ करण्यात येत आहे.
हतवळणे, वा. वि.
को-एंझाइमे : काही एंझाइमांच्या विक्रियेसाठी संयुक्त वर्गाची (सापेक्षतः कमी रेणुभार असलेल्या व विशिष्ट प्रथिनाला संयुक्त म्हणजे जोडले जाण्याचा गुणधर्म असणार्‍या पदार्थांच्या वर्गाची) आवश्यकता असते. या वर्गातील पदार्थांना को-एंझाइमे असे म्हणतात. हे पदार्थ प्रथिने नसतात. ते पारगम्यक्षम व उष्णतास्थिर (उष्णता दिली असता स्थिर राहणारे) असतात. को-एंझाइमे ज्या प्रथिनांच्या साहाय्यने एंझाइमाचे काम करतात त्यांना अपोएंझाइमे म्हणतात. अपोएंझाइमे ही अपारगम्यक्षम व उष्णतानाशी (उष्णतेने नष्ट होणारी) असतात. अपोएंझाइम व को-एंझाइम यांच्या क्रियाशील जोडाला हॉलोएंझाइम असे म्हणतात. आतापर्यंत मिळालेल्या माहितीप्रमाणे कुठल्या कार्य-द्रव्यावर विक्रिया करावयाची हे अपोएंझाइमावर अवलंबून असते तर कशा पद्धतीने विक्रिया करावयाची (उदा., कार्यद्रव्यातील हायड्रोजनाचे अणू काढावयाचे की कार्बन डाय-ऑक्साइजाचा रेणू) ते को-एंझाइमे ठरवितात. अशी सु. २३ को-एंझाइमे माहीत झाली आहेत. या को-एंझाइमांच्या संश्लेषणासाठी व गटातील बहुतेक जीवनसत्त्वांची आवश्यकता असते असे दिसून येईल. जीवरसायनशास्त्र, वैद्यक, वर्णलेखन, पोषणशास्त्र इत्यादींविषयक संशोधनात विविध को-एंझाइमांचा उपयोग होतो.
(१) को-कार्‌बॉक्सिलेज : कार्यद्रव्यातील कार्बन डाय-ऑक्साइडाचे स्थानांतर करणार्‍या कार्‌बॉक्सिलेज किंवा डी-कार्‌बॉक्सिलेज या एंझाइमांचे को-कार्‌बॉक्सिलेज हे को-एंझाइम आहे. हे थायामीन पायरोफॉस्फेट असून प्रथम यीस्टमधून (एक प्रकारच्या एककोशिकीय सजीवामधून) ते निराळे केले गेले.
(२) लिपॉइक अम्ल किंवा थायोक्टिक अम्ल : यीस्ट व अनेक प्राण्यांच्या ऊतकांत हे सापडते. पायरुव्हिक अम्लाच्या ऑक्सिडीकारक कार्‌बॉक्सिलनिरासामध्ये [ऑक्सिडीभवन होताना कार्‌बॉक्सिल गट (COOH) काढून टाकण्यामध्ये] थायामीन पायरोफॉस्फेट व को-एंझाइम-ए या दोघांच्या मधल्या विक्रियेत लिपॉइक अम्ल भाग घेते.
(३) को-एंझाइम-१ अथवा कोझायमेज : हे पुष्कळशा एंझाइमांशी संयुक्त होऊ शकते. यीस्टमध्ये ते आढळते. यास डायफॉस्फोपिरिडीन न्यूक्लिओटाइड (DPN) किंवा निकोटिनामाइड ॲडेनीन डायन्यूक्लिओटाइड (NAD) असे म्हणतात.
(४) को-एंझाइम-२ : याला ट्रायफॉस्फोपिरिडीन न्यूक्लिओटाइड (TPN) किंवा निकोटिनामाइड ॲडेनीन डायन्यूक्लिओटाइड फॉस्फेट (NADP) असेही म्हणतात. या को-एंझाइमामध्ये को-एंझाइम-१ पेक्षा एक फॉस्फेट गट अधिक असतो.
(५) रिबोफ्लाबिन फॉस्फेट : फ्लाविन मोनोन्यूक्लिओटाइड (FMN) या नावानेही ओळखले जाणारे हे को-एंझाइम यीस्टमध्ये सापडले. व्हारबुर्ख पीत एंझाइमाचे (व्हारबुर्ख या शास्त्रज्ञांनी काढलेल्या व शरीरातील ऑक्सिडीकरण आणि क्षपण क्रियेत भाग घेणार्‍या एंझाइमाचे) हे को-एंझाइम म्हणून पूर्वीपासून माहीत होते. पण आता ते एल-ॲमिनो-ॲसिड-ऑक्सिडेज,सायटोक्रोम-सी रिडक्टेज या एंझाइमांमध्ये को-एंझाइम म्हणून असते हे माहीत झाले आहे.
(६) फ्लाविन ॲडेनीन डायन्यूक्लिओटाइड (FAD) : हे को-एंझाइम डी-ॲमिनो-ॲसिड-ऑक्सिडेज, झँथीन ऑक्सिडेज अशा फ्लोवोप्रथिन गटाच्या एंझाइमांमध्ये असते.
(७) हीम : हे को-एंझाइम रक्तातील तांबड्या कोशिकां-मधील तांबड्या रंगद्रव्यातील म्हणजे हीमोग्लोबिनामधील हीमसारखेच असते (हीम हे एक प्रथिन नसलेले लोहयुक्त संयुग आहे). हे कॅटॅलेज पेरॉक्सिडेज, सायटोक्रोम, सायटोक्रोम ऑक्सिडेज या एंझाइमांत आढळते.
(८) पिरिडॉक्सल फॉस्फेट : हे को-एंझाइम ॲमिनो अम्लाच्या चयापचयात भाग घेणार्‍या एंझाइमांत आढळते. उदा., ॲमिनो अम्ल ट्रान्सॲमिनेज, डीहायड्रेज, डीसल्फिड्रेज इत्यादी.
(९) युरिडीन डायफॉस्फेट ग्लुकोज (UDPG) : हे गॅलॅक्टो-वाल्डिनेज या ग्लुकेज-गॅलक्टोजाच्या आंतररूपांतरास आवश्यक असलेल्या एंझाइमाचे को-एंझाइम आहे.
(१०) ॲस्कॉर्बिक अम्ल : हे टायरोसीन या ॲमिनो अम्लाच्या चयापचयास आवश्यक असणार्‍या डीहायड्रोजनेज या एंझाइमचे को-एंझाइम आहे.
(११) को-एंझाइम-ए : पिष्टमय व वसामय पदार्थांच्या चयापचयात या को-एंझाइमाचे अतिशय महत्त्व आहे. ⇨ ॲसिटिलीकरणाच्या विक्रियांसाठी याची आवश्यकता असते. अशाच रीतीने (१२) फॉलिक अम्ल, (१३) ग्लुटाथायोन, (१४) बायोटीन, (१५) S -ॲडिनोसीन मिथिओनीन, (१६) ॲडिनोसीन ट्रायफॉस्फेट व तत्सम संयुगे (म्हणजे ATP, ADP), (१७) ग्लुकोज १-६-डायफॉस्फेट, (१८) २-३-डाय-फॉस्फो-ग्लिसरिक अम्ल, (१९) सायटिडीन डायफॉस्फेट कोलीन (CDPC), (२०) ॲडिनाइल सल्फेट-३-फॉस्फेट, (२१) को-एंझाइम-क्यू (Q), (२२) जीवनसत्त्व ब१२ ची संयुगे, (२३) टेट्राहायड्रो-बायोप्टेरीन इ. को-एंझाइमे माहीत झालेली आहेत. को-एंझाइम-१ व २, फ्लाविने, हीम, को-एंझाइम-क्यू इ. को-एंझाइमे जैव ऑक्सिडीकरणात महत्त्वाचे काम करतात [→ ऑक्सिडीभवन].
मगर, न. गं.
सूक्ष्मजंतूंतील एंझाइमे व को-एंझाइमे : सूक्ष्मजंतूंत आढळणारी बरीचशी एंझाइमे सस्तन प्राण्यांत आढळतात. पण त्यांच्यामध्ये नसलेली किंवा अजूनपर्यंत न सापडलेली सुद्धा काही एंझाइमे सूक्ष्मजंतूंत सापडली आहेत. सूक्ष्मजंतूंच्या कोशिकांमध्ये आजूबाजूच्या परिस्थितीप्रमाणे एंझाइमांचे संश्लेषण करण्याची शक्ती असते. बर्‍याचशा सूक्ष्मजंतूंच्या एंझाइमांना क्रियाशील होण्यासाठी धातूंच्या आयनांची किंवा को-एंझाइमांची आवश्यकता असते.
वर्गीकरण : सूक्ष्मजंतूच्या कोशिकांत संश्लेषक व अनुकूली अशी दोन प्रकारची एंझाइमे आढळतात. कोशिकेची वाढ होत असताना तिच्या सर्व स्थितींत आढळणार्‍या एंझाइमांना संश्लेषक एंझाइमे म्हणतात व प्रवर्तकांच्या परिणामामुळे निर्माण झालेल्या एंझाइमांना अनुकूली असे म्हणतात.
अनुकूली एंझाइमांची निर्मिती जरूरीप्रमाणे होते. डी-गॅलॅक्टोजाचे फॉस्फेटीकरण करण्यासाठी गॅलॅक्टोकाय-नेज या एंझाइमाची आवश्यकता असते. हे एंझाइम नसणार्‍या सूक्ष्मजंतूंची वाढ जर डी-गॅलॅक्टोजाचाच पुरवठा करून केली, तर त्या कोशिका गॅलॅक्टोकायनेज या एंझाइमाचे संश्लेषण करतात. पण नंतर त्या सूक्ष्मजंतूंची वाढ जर डी-गॅलॅक्टोजविरहित द्रव्यावर केली, तर गॅलॅक्टोकायनेज या एंझाइमाचे संश्लेषण होत नाही. सूक्ष्मजंतूंच्या या गुणधर्मामुळे त्यांना निरनिराळ्या प्रकारच्या अन्नावर उपजीविका करता येणे शक्य होते. याच गुमधर्मामुळे सूक्ष्मजंतूंना नायट्रोजनाचे प्रथिनात रूपांतर करता येते.
सस्तन प्राण्यांतील एंझाइमांप्रमाणे सूक्ष्मजंतूंमधेही कोशिकांतर्गत व कोशिकाबाह्य एंझाइमे असतात.
सूक्ष्मजंतूंच्या चयापचयातील एंझाइमांचे स्थान : सूक्ष्मजंतूंच्या जीवनकार्यासाठी ऑक्सिजनाची जरूरी असते. वायुजीवी (हवेच्या सान्निध्यात जगणारे) सूक्ष्मजंतू हवेतून ऑक्सिजन घेऊ शकतात. परंतु अवायुजीवी (हवेशिवाय जगणारे) तसा घेऊ शकत नाही. कारण ऑक्सिजन त्यांना मारक ठरतो. चयापचयात ऑक्सिजन व हायड्रोजन यांची देवघेव अव्याहत चाललेली असते. कित्येकदा हायड्रोजननिरा-सामुळे कार्यद्रव्यातून हायड्रोजन सुटा होऊन, ऑक्सिडीकरण होते व कार्यभाग साधतो. म्हणून हायड्रोजननिरास विक्रिया महत्त्वाची आहे. ही विक्रिया घडवून आणावयास एंझाइमात हायड्रोजनदायी (हायड्रोजन देणारे) व हायड्रोजनग्राही (हायड्रोजन घेणारे) असे दोन प्रकारचे पदार्थ असावे लागतात. वायुजीवी सूक्ष्मजंतूंच्या बाबतीत हवेतील ऑक्सिजन हा हायड्रोजनग्राही असल्यामुळे या विक्रियेत पाणी व हायड्रोजन पेरॉक्साइड तयार होते. अवायुजीवी सूक्ष्मजंतूंच्या बाबतीत मात्र हायड्रोजन पेरॉक्साइड मारक ठरते कारण त्यांच्यामध्ये वायुजीवी सूक्ष्मजंतूंत असलेल्या
पेरॉक्सिडेज या एंझाइमाचा अभाव असतो. यापुढील हायड्रोजनचे स्थानांतर सस्तन प्राण्याप्रमाणेच होत जाते [→ऑक्सिडीभवन].
भिडे, वि. प.
औद्योगिक एंझाइमे : घरी किंवा कारखान्यात नवीन पदार्थ तयार करण्याकरिता जी एंझाइमे वापरतात त्यांस औद्योगिक एंझाइमे असे म्हणतात.
या एझांइमांचे उत्पादन दिवसेंदिवस झपाट्याने वाढत असून अनेक उद्योगधंद्यांमध्ये त्यांचा उपयोग होत आहे. अन्नपदार्थ, शेती, औषधनिर्मिती, चामडे, कापड वगैरे उद्योगांत या एंझाइमांचा वापर करण्यात येत असून तो भविष्यकाळात वाढतच जाईल असे दिसते.
वनस्पती व प्राणी अथवा सूक्ष्मजंतू यांच्या कोशिकां-पासून औद्योगिक एंझाइमे तयार करतात. एंझाइमे कोरडी, पूड, द्रव अथवा पाक यांच्या स्वरूपात मिळतात. अशा प्रकारे तयार केलेल्या पदार्थांत बहुधा एकच एंझाइम प्रामुख्याने असले, तर इतर एंझाइमेही कमी अधिक प्रमाणात असू शकतात.
औद्योगिक एंझाइमे पुढील तीन प्रकारच्या उद्योगांत मोठ्या प्रमाणात वापरली जातात : (१) अन्नपदार्थ, (२) पेये, (३) इतर पदार्थ.
(१) अन्नपदार्थांत पाव, बिस्किटे, मिठाई, दूध आणि दुधापासून तयार करण्यात येणारे पदार्थ, मांस, मासे, अंडी, भाज्या, चॉकोलेट, कोको आणि कॉफी वगैरे पदार्थांच्या आणि अन्नास स्वादिष्टपणा देणार्‍या पदार्थांच्या निर्मितीत एंझाइमांचा उपयोग होतो.
(२) पेय पदार्थांत बीअर व मद्यांचे इतर प्रकार, फळांचे रस आणि फळांपासून तयार करण्यात येणारी पेये यांचा अंतर्भाव होतो.
औद्योगिक एंझाइमांचे वर्गीकरण पुढील सहा प्रकारांत करतात : (१) कार्बोहायड्रेजे, (२) प्रोटिएजे, (३) लायपेजे, (४) पेक्टिक एंझाइमे, (५) ग्लुकोज ऑक्सिडेजे व (६) संकीर्ण एंझाइमे.
(१) कार्बोहायड्रेजे : जैव पदार्थामध्ये कार्बोहायड्रेटांचे प्रमाण सर्वांत अधिक असते. त्यामध्ये सेल्युलोज, पिठूळ पदार्थ, ग्लायकोजेन, काष्ठद्रव्य अथवा जटिल शर्करा यांचा अंतर्भाव होतो. या पदार्थांवर विक्रिया करणाऱ्या एंझाइमांना कार्बोहायड्रेज असे म्हणतात. यांमध्ये आल्फा व बीटा ॲमिलेज, इन्व्हर्टेज, ग्लुकोॲमिलेज, ॲमिलो १-६ ग्लुकोसीडेज, माल्टेज वगैरे एंझाइमांचा अंतर्भाव होतो. या एंझाइमांमुळे पिठूळ पदार्थांचे विविध शर्करांत आणि द्विशर्करांचे (ज्या शर्करांच्या जलीय विच्छेदनामुळे दुसरी साधी शर्करा मिळत नाही व ज्यंच्या रेणूत आठपर्यंत कार्बन अणू असतात, अशा शर्करांचे म्हणजे एकशर्करांचे दोन रेणू असणार्‍या शर्करांचे) एकशर्करांत रूपांतर होते. इन्व्हर्टेज या एंझाइमाचा उपयोग अनेक मिष्टान्नांत (कन्फेक्शनरी) आणि आइसक्रीममध्ये वापरण्यात येणार्‍या शर्करेच्या उत्पादनात होतो. ॲमिलेज या एंझाइमाचा उपयोग सर्वांत अधिक प्रमाणात करतात. ही एंझाइमे पिठूळ पदार्थांचे साखरेत रूपांतर करीत असल्यामुळे त्यांना मागणी फार असून ग्लुकोजाचे उत्पादन व इतर अनेक औद्योगिक व्यवसायांत ही एंझाइमे वापरली जातात. जनावरांकरिता तयार करण्यात येणारे खाद्य आणि औषधि-द्रव्यांचे उत्पादन या उद्योगांतही ॲमिलेज एंझाइमांचा उपयोग होतो.
(२) प्रोटिएजे : प्रथिने व त्यांच्या घटकांचे विभाजन करणार्‍या एंझाइमांना प्रोटिएजे असे म्हणतात. ही एंझाइमे –CONH- या बंधाचे जलीय विच्छेदन करतात. त्याच्या उपयोगाने चीज तयार करणे, बीअर मद्यातील गढूळपणा नाहीसा करणे, पचनास मदत करणारी औषधे तयार करणे, कपड्यावरील अन्नाचे डाग काढणारे प्रक्षालक पदार्थ तयार करणे तसेच अनेक औषधिद्रव्ये आणि शस्त्रक्रियेत वापरण्यात येणारे जखमा धुण्याचे पदार्थ तयार करणे वगैरे उद्योगधंद्यांत मदत होते
(३) लायपेजे : या जातीची एंझाइमे स्निग्ध पदार्थांवर प्रक्रिया करून त्यांचे रूपांतर ग्लिसरीन आणि वसाम्ले यांमध्ये करतात. त्यांचा उपयोग चॉकोलेट तयार करणे, कोंबड्या व डुकरे यांना खाण्यासाठी अन्नपदार्थ उत्पन्न करणे, सुती कापडाचे उत्पादन आणि अन्नपचनास मदत करणारी औषधे तयार करणे या उद्योगांत होतो. शिवाय अन्नपदार्थांना विशिष्ट स्वाद येण्यासाठी आणि कापडा-वरील डाग काढण्यासाठीही ही एंझाइमे वापरतात. ॲमिलेज, प्रोटिएज आणि लायपेज या तिन्ही प्रकारांच्या एंझाइमांचे मिश्रण अन्नपचनास मदत करणार्‍या औषधांत वापरतात.
(४) पेक्टिक एंझाइमे : पेक्टीन‍हा पदार्थ अनेक फळांमध्ये असून त्याच्यापासून जेली तयार करता येते. फळाचे टिकाऊ पदार्थ तयार करण्यासाठी या एंझाइमांचा उपयोग होतो. या एंझाइमांचा उपयोग करून द्राक्षांपासून मद्यांचे विविध प्रकार तयार करण्यात येतात. त्यांच्यामुळे द्राक्षांचा रस अधिक प्रमाणात मिळून त्यावर होणार्‍या यीस्टच्या विक्रियेस मदत होते. कॉफी व कोको यांच्या उत्पादनात या एंझाइमांचा उपयोग होतो.
(५) ग्लुकोज ऑक्सिडेज : या प्रकारच्या एंझाइमांमुळे ग्लुकोजाचे ऑक्सिजनाच्या उपस्थितीत ऑक्सिडीकरण होऊन त्याचे ग्लुकॉनिक अम्लात रूपांतर होते. अंड्याची पूड बंद डब्यात भरताना या एंझाइमाचा उपयोग करतात. ग्लुकोज असलेल्या पदार्थांचा रंग अधिक काळ टिकावा म्हणून हे एंझाइम वापरतात. डब्यात बंद केलेल्या अन्नपदार्थांचा आणि संत्र्यापासून बनविलेल्या पेयांचा रंग आणि स्वाद टिकविण्यासाठी या एंझाइमांचा उपयोग होतो. दुधाची भुकटी, केक वगैरे पदार्थांवर ऑक्सिजनाची विक्रिया झाल्यास ते पदार्थ खराब होतात. ही विक्रिया टाळण्यसाठी या एंझाइमांचा उपयोग होतो. मूत्रातील व रक्तातील ग्लुकोजाच्या सांद्रतेचे मोजमाप करणार्‍या पद्धतीत या एंझाइमांचा उपयोग होतो.
(६) संकीर्ण : यात लायझाइम, हायलुरोनिडेज, कॅटॅलेज, अँथोसायनेज, नारिंगीलेज आणि पेनिसिलिनेज ही आहेत. हायलुरोनिडेज हे एंझाइम विशेष महत्त्वाचे असून त्याच्यामुळे द्रवपदार्थांची प्रसरम क्रिया वाढते. शरीरात औषधे टोचताना या एंझाइमांचा उपयोग केल्यास ती औषधे अधिक त्वरेने शरीरात पसरल्यामुळे अधिक परिणामकारक होतात. दंतवैद्यकात आणि शस्त्रक्रियेत कोकेन व त्यासारखी इतर काही औषधे संवेदनाहरणा-साठी वापरतात. त्यावेळी त्या संवेदनाहारक औषधांत हायलुरोनिडेज हे एंझाइम मिसळल्यास त्याचा परिणाम त्वरित आणि अधिक क्षेत्रात होतो. सर्प आणि जळवा यांच्या ग्रंथींत हे एंझाइम निसर्गतः असते व त्याच्यामुळे त्यांच्या विषांचा परिणाम वेगाने होतो.
कॅटॅलेज हे एंझाइम हायड्रोजन पेरॉक्साइडाचे ऑक्सिजनात व पाण्यात अपघटन करते. दुधामध्ये हायड्रोजन पेरॉक्साइड (०·०२ ) मिसळून ते दूध निर्जंतूक करण्यासाठी ४९०–५५० से. इतके अर्धा मिनिट तापवितात. नंतर अर्ध्या तासाने त्यात हे एंझाइम मिसळल्यास हायड्रोजन पेरॉक्साइडाचे रूपांतर पाणी व ऑक्सिजन यांमध्ये होते. दुधापासून चीज, दही वगैरे पदार्थ बनविण्याअगोदर हायड्रोजन पेरॉक्साइडाचे पूर्ण अपघटन करतात.
अँथोसायनेज हे एंझाइम एका जातीच्या कवकापासून (बुरशी-सारख्या हरितद्रव्यरहित वनस्पतीपासून) तयार करतात. त्याचा उपयोग तांबडी द्राक्षे, जांभळे व ब्लॅकबेरी यांच्यातील रंगद्रव्याचा नाश करण्यासाठी होतो. या फळांपासून तयार करण्यात येणार्‍या मद्य, मुरंबे व जेली यांचा पूर्वीचा रंग घालवून अधिक आकर्षक करण्यासाठी हे एंझाइम वापरतात. नारिंगीलेज या एंझाइमाचा पपनस, चकोतरा वगैर फळांच्या रसांतील कडूपणा काढून टाकण्याच्या कामी उपयोग करतात.
औद्योगिक एंझाइमांचे उत्पादन : औद्योगिक क्षेत्रात वापरण्यात येणार्‍या एंझाइमांचे उत्पादन पुढील टप्प्यांनी होते (१) अपेक्षित एंझाइमाने समृद्ध असलेल्या कोशिकांची निवड करणे, (२) अशा विशिष्ट कोशिकांतील एंझाइम संपन्न करणे, (३) कोशिकांमधून एंझाइम काढणे– निष्कर्षण, (४) कोशिकांतील एंझाइमांशिवाय इतर पदार्थ काढून टाकून एंझाइमांची सांद्रता वाढविणे, (५) एंझाइमाचे स्थिरीकरण करणे आणि (६) एंझाइम विक्रियेच्या गतिशीलतेचे मापन करणे.
एकूण तीन प्रकारांच्या कोशिकांपासून औद्योगिक एंझाइमे तयार करण्यात येतात :(अ) प्राणिज कोशिका, (आ) वनस्पतिज कोशिका आणि (इ) सूक्ष्मजंतू कोशिका. यांपैकी अपेक्षित एंझाइमाने समृद्ध असलेल्या प्रकारच्या कोशिकांची निवड करण्यात येते.
(अ) प्राणिज कोशिका : प्राणिशरीरातील पुष्कळ ऊतकांतील कोशिकांमध्ये एंझाइमे उत्पन्न होतात. त्यातल्या त्यात शरीरातील ग्रंथींमधील कोशिकांत त्यांचे प्रमाण अधिक असते. अग्निपिंड, प्लीहा, यकृत व जठराच्या श्लेष्मा-वरणातील (ऊतकांच्या थरांच्या मऊ व बुळबुळीत आवरणातील) ग्रंथी या ठिकाणी विविध प्रकारांची एंझाइमे उत्पन्न होतात. खाटीकखान्यात जनावरे मारल्यानंतर शक्य तितक्या लवकर एंझाइमयुक्त ग्रंथी काढून घेऊन त्या शुष्क करून अथवा गोठवून टाकण्यात येतात. नंतर ह्या ग्रंथींवर विविध विक्रिया करून शुद्ध स्वरूपात एंझाइमे मिळविली जातात. रेनिनासारखे एंझाइम वासरे अथवा तरुण बोकड यांच्या जठरातील श्लेष्णस्तरात अधिक असते.
प्राणिज एंझाइमे मुख्यत: खाटीकखान्यातून मिळत असल्यामुळे त्यांच्या प्राप्तीसाठी खाटीकखान्यांवरच अवलंबून रहावे लागते व जनावर मारल्याबरोबर त्याची विशिष्ट इंद्रिये काढून घ्यावी लागतात.
(आ) वनस्पतिज कोशिका : अनेक वनस्पतींच्या विशिष्ट भागांतून विशिष्ट एंझाइमे मिळविता येतात. त्यांपैकी काही एंझाइमांचे उत्पत्तिस्थान व त्यांचा उपयोग खाली दिला आहे.
(१) ब्रोमोलीन : हे एंझाइम अननसाच्या फळांच्या सालापासून, देठांपासून आणि पानांपासून मिळविता येते. हे एंझाइम प्रोटिएज या परकारचे असून त्याचा मुख्य उपयोग मांस पचनसुलभ करण्याकडे होतो. शिवाय पाव, केक बनविण्यासाठी आणि काही औषधे निर्माण करण्यातही त्याचा उपयोग करतात.
(२) पेपीन : अर्धवट पिकलेल्या परंतु अजून हिरव्या रंगाच्या पपईच्या फळावर चाकूने उभ्या रेषा मारून त्या रेघांमधून निघणार्‍या चिकापासून हे एंझाइम तयार करता येते. याचा उपयोग प्रथिन अपघटनासाठी होतो म्हणून ते पाचक औषधांत वापरतात.
(३) फायसीन : अंजिराच्या फळापासून हे एंझाइम मिळते. त्याचा उपयोगही पेपिनासारखा प्रथिन अपघटनासाठी होतो.
(४) माल्टेज : बार्ली हे धान्य भिजवून त्याला मोड आणल्यानंतर ते वाळवून आणि दळून त्याचे पीठ केले जाते. त्याला माल्ट असे म्हणतात. या माल्टमधील पिष्टमय पदार्थाचे अपघटन करणार्‍या एंझाइमाला माल्टेज असे म्हणतात. या एंझाइमाचा उपयोग अनेक प्रकारची मद्ये तयार करण्यासाठी होतो.
(इ) सूक्ष्मजंतू कोशिका : अनेक सूक्ष्मजीवांपासून व सूक्ष्मजंतूंपासून विविध एंझाइमे मिळविता येतात. हे सूक्ष्मजीव आणि सूक्ष्मजंतू यांचे प्रजनन आणि वाढ करण्याचे अनेक मार्ग आता उपलब्ध होत असून त्यांची वाढ थोड्या वेळात फार मोठ्या प्रमाणात करता येते. या जातीच्या एंझाइमांचा औद्योगिक क्षेत्रात अधिकाधिक प्रमाणात उपयोग होईल, यात शंका नाही.
काही सूक्ष्मजंतुकोशिकाजन्य एंझाइमांचे उत्पादन व कार्य (१) यीस्ट यीस्ट या कवकाच्या अनेक जाती असून त्यांच्यापासून उत्पन्न होणार्‍या एंझाइमांचा उपयोग मुख्यतः मद्योत्पादनात करतात, तसेच कणकेपासून विशिष्ट प्रकारे भट्टीत भाजून पाव करण्याच्या उद्योगातही त्याचा उपयोग होतो. यीस्टपासून उत्पन्न होणारी व जीवनसत्त्वेही वैद्यकीय चिकित्सेत उपयुक्त ठरली आहेत.
(२) ॲस्परजिलस : या कवकाच्याही अनेक जाती असून त्यांच्यापासून प्रोटिएज आणि ॲमिलेज या प्रकारांची एंझाइमे उत्पन्न होतात. त्यांचा उपयोग अनेक उद्योगांत करतात.
(३) वॅसिलस स्टायलिस : या सूक्ष्मजंतूपासूनही प्रोटिएज आणि ॲमिलेज या प्रकारांची एंझाइमे उत्पन्न होतात व त्यांचाही उपयोग पुष्कळ उद्योगांत होतो. एखादे एंझाइम विशिष्ट उद्योगात वापरण्याचे ठरले म्हणजे त्याचा उत्पादनाकरिता आणि शुद्ध स्वरूपात तयार करण्याकरिता विविध प्रक्रिया कराव्या लागतात. त्याकरिता अनेक प्रकारची यंत्रसामग्री वापरण्यात येऊन एंझाइमे शुद्ध करण्यात येतात. हे उत्पादन आणि शुद्धीकरण औद्योगिक प्रमाणावर करावे लागत असल्यामुळे त्यासाठी अनेक प्रक्रिया करतात. त्यांपैकी कित्येक प्रक्रियांची पेटंटेही घेण्यात आलेली आहेत.
एंझाइमे तयार झाली म्हणजे बाजारात पाठविण्यापूर्वी त्यांची शुद्धता, प्रमाण, त्यांच्यामुळे होणार्‍या विक्रिया वगैरे गोष्टींबद्दल विशेष माहिती घेण्यात येऊन त्यांच्या नामपत्रावर या गोष्टींचा स्पष्ट उल्लेख करावा लागतो. कित्येक एंझाइमांच्या निर्मितीची पेटंटे घेतली असल्यामुळे त्यांना विशेष अशी व्यापारी नावे दिली असल्यास त्यांचा उल्लेखही नामपत्रावर केलेला असतो. एंझाइम विक्रियेसाठी विविध एकके उपयोगात आहेत उदा., पेप्सीन या एंझाइमाचे एकक म्हणजे त्याच्या कमीत कमी ३,००० व जास्तीत जास्त ३,५०० पट वजनाच्या अंड्यातील पांढर्‍या बलकातील प्रथिनाचे २·५ तासांत अपघटन करण्याची क्षमता असलेले एंझाइम होय. प्रत्येक एंझाइमाच्या वेष्टनावर त्या एंझाइमाच्या एककाचाही निर्देश करावा लागतो.
इ. स. १९५० नंतर एंझाइमांचा औद्योगिक उपयोग सतत वाढतच आहे. मुख्यत्वेकरून सूक्ष्मजंतूंचा एंझाइम उत्पादनासाठी होणारा वाढता उपयोग, जीवंत ऊतकांची शरीराबाहेर वाढ करण्याच्या नवीन नवीन पद्धती, ⇨ हॉर्मोनांचा एंझाइम उत्पादनातील वाढता उपयोग आणि त्याच त्याच कोशिकांपासून एंझाइमांचे वारंवार करता येणारे उत्पादन यांमुळे या क्षेत्रात मोठी प्रगती होण्याची शक्यता निर्माण झाली आहे.
ढमढेरे, वा. रा.
संदर्भ : 1.Colowick, S. P. Kaplan, N. O. Methods in Enzymology,7 Vols., New York,1955-64.
2.Dixon, M. Webb, E. C. Enzymes, New York, 1958.
3. Tauber, H. The Chemistry and Technology of Enzymes, New York, 1949.
4. West, E. S. Todd, W. R. Mason, H. S. Bruggen, J. T. V. Textbook of Biochemistry, New York, 1967.
“