Họ tên: Đinh Hữu HiếuMSV: 1153060841

BÀI THẢO LUẬN

Những ứng dụng của enzyme trong công nghiệp và y học

I. Ứng dụng của enzyme trong công nghiệp:

1. Ứng dụng của enzyme amylase trong sản xuất chất tẩy

rửa:

Chất tẩy rửa bao gồm những chất kiềm, sodium silicate, sodium bicarbonate, sodium tripolyphosphate. Enzyme a-amylase của vi khuẩn là một trong những enzyme thường được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa.

2. Ứng dụng của enzyme amylase trong sản xuất công

nghiệp:

Trong công nghiệp sản xuất mì chính:Nguyên liệu sử dụng chủ yếu : Tinh bột sắn, rỉ đường mía A-amylaseTinh bột Dextrin + maltose + glucose

Thuỷ phân A-1,4 amylose

B-amylaseTinh bột Maltose + B dextrin(glucogen)

Trong sản xuất glucoza và mật:Từ tinh bột có thể thu được các sản phẩm đường khác nhau khi thủy

phân tinh bột bằng Enzym amylase sẽ thu được mật. Trong công nghiệp sản xuất bia:

Các chủng vi sinh vật sử dụng :-Saccharomyces cerevisizae ( lên men nổi)-Saccharomyces cerevisidae (Lên men chìm)

Trong công nghệ sản xuất bia, người ta thường sử dụng emzyme amylase có trong mầm đại mạch.

Trong sản xuất siro:

Quá trình chuyển hóa tinh bột thành siro fructoseQuá trình chuyển hóa tinh bột thành siro fructose

Trong sản xuất bánh kẹo:Mục đích:

+ Làm tăng mùi và vị bánh, khi chế biến bột thành các loại bánh quy các Enzyme protease và amylase của bột hoạt động làm tăng hàm lượng các amino acid tự do và làm tăng lượng đường khử.

+ Đường khử và các amino acid tự do có trong khối bột sẽ cùng tham gia vào các phản ứng oxy - hóa khử và kết quả tạo cho bánh quy có mùi, vị màu hấp dẫn.

II. Ứng dụng của enzyme trong y học:

1. Ứng dụng của enzyme trong chữa bệnh:

• Enzyme như chất cho thêm vào cơ thể để chữa bệnh kém tiêu hóa đối với một số người.

• Enzyme được sử dụng như chất làm sạch vết thương và làm lành vết thương.

• Enzyme được sử dụng trong các phản ứng miễn dịch.

a) Enzyme cố định: Ngày nay người ta đã tìm ra hơn 120 bệnh về rối loạn chuyển

hóa ở người, đa số các bệnh này là do thiếu một loại enzyme đặc biệt nào đó.

Ví dụ : bệnh phenylcetone niệu (phenylketonuria) do một khuyết tật bẩm sinh về chuyển hóa protein, tạo ra quá mức amino acid phenylamine trong máu, làm tổn hại hệ thần kinh và đưa đến chậm phát triển trí tuệ nghiêm trọng. Những người bị mắc bệnh này thường thiếu enzyme chuyển đổi phenylalanine.

Một enzyme có chức năng tương tự không có nguồn gốc từ cơ thể người không thể đưa một cách trực tiếp vào cơ thể bởi vì nó sẽ gây ra một đáp ứng miễn nhiễm có hại cho cơ thể. Để giải quyết vấn đề này người ta cô lập enzyme trong các vi hạt, sợi hay gel . Khi đó, enzyme có thể không gây ra đáp ứng miễn nhiễm có hại nào trong khi cơ chất của nó có kích thước nhỏ có thể đi xuyên qua gel, các lỗ trên sợi hay màng của các vi hạt.

Cũng theo nguyên tắc này người ta có ý tưởng làm thận nhân tạo .Trong thiết bị nhân tạo này, urease và hạt resin hấp thụ hay than chì được kết thành nang với nhau. Khi đó urea sẽ bị urease phân hủy tạo thành ammonia, ammonia sẽ được hấp thụ trong các vi nang :

khuếch tán urease hấp thụ lên serin UREA UREA HCO-3 + NH4

Vào vi nang hay thanchì

Trong số các thử nghiệm lâm sàng quy mô nhỏ về enzyme cố định, người ta đã tiến hành thử nghiệm trên quá trình chuyển đổi steroid. Cortisol là một loại thuốc hữu dụng dung trong điều trị bệnh viêm khớp, cortisol có thể được sản xuất từ một loại tiền chất rất rẻ tiền là 11-deoxycortisol nhờ cột enzyme cố định 11-β-hydroxylase.

Trong một tương lai gần enzym sẽ được sử dụng rộng rãi trong ngành y tế để làm đầu dò cho các thiết bị phân tích y tế và để chữa bệnh.

Ngoài ra còn có một số ứng dụng :-Vi tiểu cầu chứa catalaza đã có thể thay thế một cách hiệu quả

các catalaza còn thiếu ở trong cơ.- Đưa vi tiểu cầu có gắn enzyme L-asparaginaza vào cơ thể, có

khả năng ức chế sự phát triển của một số u ác tính bởi sự phát triển của các u này phụ thuộc vào sự có mặt của L-asparagin.

b) Enzyme từ nguồn thực vật: Bromelin:- Vai trò hỗ trợ tiêu hóa.- Làm lành vết thương- Giảm đau nhức cơ- Chống rối loạn tim mạch.

Phương thức sản xuất

quả/thân/chồi dứa xay nhuyễn dịch lọc ly tâm lọc

Bã

dịch ly tâm

kết tủa Sảm phẩm

enzyme tinh khiết chế phẩm bromelin tinh sạch sấy khô

Papain và chymopapain:- Trong nhựa quả đu đủ có chứa Papain và Chymopapain. Papain gần

giống với Chymopapain nhưng có họat tính mạnh hơn gấp nhiều lần.- Có khả năng giảm độc đối với toxin và toxanpunin.- Nhựa papain thô dùng để điều trị rối loạn tiêu hóa do thiếu men, giúp

tiêu hóa tốt chất đạm trong thức ăn, làm thuốc tẩy nhiều loại giun.- Có tác dụng ngừa thai và gây sẩy thai do hoạt tính của nó đối với

progesteron của thai phụ.- Chiết xuất papain được dùng trong phẫu thuật cột sống như là một loại

“dao phẫu thuật tự nhiên” để mở đĩa đệm cột sống.- Được dùng để điều trị lở loét, làm tiêu giải trong bệnh bạch hầu,

chống kết dính sau phẫu thuật.

c) Enzyme từ nguồn động vật: Pepsin:- Pepsin là một enzyme phân hủy Protein, phân bố trên các phần khác

nhau của dạ dày. Họat động trong dịch vị của động vật có vú, chim, bò sát và cá. Ở heo enzyme tập trung ở những tế bào của phần đáy bao tử. Được ứng dụng để chữa bệnh kém tiêu hóa.

- Pepsin phân hủy cơ chất, làm giảm độ acid trong dạ dày. Nhờ họat động phân hủy protein, khối lượng thức ăn giảm và khả năng tiêu hóa protein tăng lên .

- Sản phẩm: chế phẩm enzyme tồn tại ở dạng bột vô định hình, trắng hay vàng nhạt, hay mảnh nhỏ, trong hay hơi đặc, mùi đặc biệt giống mùi nước thịt, vị hơi chua.

LọcNhựa cây /quả bảo quản lạnh ngâm nước cất dịch lọc ly

tâm ,hòa tan

lạnh Aceton 2:1 glycerinBột papin

nghiền sấy hoặc phơi kết tủa

Trypsin và chymotrypsin:- Trypsin và Chymotripsin là những protease kiềm tiết từ tuyến tụy của

đông vật máu nóng. Các enzyme này khi mới được tiết ra đều ở dạng tiền enzyme (proenzyme) bất hoạt(trypsinogen và chymotrypsinogen) , sau đó chúng được hoạt hóa và trở thành dạng hoạt động là trypsin và chymochypsin ở trong tá tràng. Các enzyme này thuộc nhóm enzyme phân cắt các liên kết amide, liên kết peptide. Ngoài ra chúng cũng có thể cắt cả liên kết C-C.

- Tuy nhiên vai trò chính của enzyme này trong cơ thể là thủy phân liên kết peptide trong suốt quá trình tiêu hóa protein ở ruột non.

- Trypsin cũng được ứng dụng để chữa bệnh kém tiêu hóa.

Một số loại enzyme sử dụng trong chữa bệnh

Loại enzyme Mã số EC

Nguồn Trọng lượng phân

tử

Dùng để chữa các bệnh

α-amylase 3.2.1.1 tụy lợn - bệnh kém tiêu hóaβ-amylase 3.2.1.2 - - bệnh kém tiêu hoáArkistrodon

thodostomaserine protease

3.4.21.28

nọc rắn 35,4 Bệnh tắc nghẽn động mạch biên

Asparaginase 3.5.1.1 E.Coli 141 Bệnh bạch cầuBatroxobin

(Bathrops atrox serine

protease)

3.4.21.28

Nọc rắn - -

Bromeline 3.4.22.5

Chồi dứa 28 Bệnh khó tiêu hóa

Cellulase 3.2.1.4 Trichodermaviride

57+52+76

Bệnh khó tiêu hóa

Chymopapain 3.4.22.6

Mủ đu đủ 35 Chữa bệnh ngoài da

Chymotrypsin 3.4.4.5 Tụy bò 25 Chữa bệnh khó tiêu hóa

Collagenase 3.4.24.3

Clostridium histolyticum

72-81 Chữa bệnh chảy máu

Deoxyribonuclease

3.1.21.1

Streptococcus sp

- Chữa vết thương

FactorVII (Proconvertin)

3.4.21.21

Plasma người 50 Bệnh chảy máu

Factor IX ( chris mas

factor)

3.4.21.27

Plasma người 55,4 Bệnh chảy máu

Factor xa 3.4.21.6

Plasma người hay bò

47,2(xa α )

44,2(xa β )

Bệnh rối loạn đông tụ

Factor XIII (fibrin –

stabilizing factor )

- Plasma người 340 Bệnh mù loà

Hyaluronidase

3.2.1.35

- 61 Chất phán tán

Kali Kren (kininogenas

e )

3.4.21.8

Tụy lợn 27,1 Bệnh tắc nghẽn mạch máu

Lipase 3.1.1.3 Rhizopusarhizus

43 Bệnh kém tiêu hóa

Lyzozyme (muramidas

e )

3.2.1.17

Lòng trắng trứng

14,3 Bệnh nhiễm trùng

Pancreatin - Tụy lợn - Bệnh kém tiêu hoáPapain 3.4.22.

2Mủ đu đủ 23 Bệnh kém tiêu hoá

Pepsin 3.4.4.1 Bao tử lợn 35 Bệnh kém tiêu hoáPlasmin

(fibrinolysin)3.4.21.

7Plasma 87-91 Bệnh hóa xơ

Plasminogen activator

3.4.21.99

Tế bào melanoma

67 Bệnh hóa xơ

Robinuclease

3.1.27.5

Tuỵ bò 13,7 Chữa vết thương

Subtisin 3.4.21.14

Bacillus sp 27,6 Làm sạch vết thương

Superoxide dismutase

1.15.1.1

Erythrocyt bò 32,5 Chống lão hoá tế bào

Thombin (fibrinogena

se )

3.4.21.5

Plasma người 39 (α)28 (β)

Bệnh chảy máu

Trypsin 3.4.4.4 Tụy bò 23,3 Bệnh kém tiêu hóaUrokinase/ urokinase

3.4.21.31

Nước tiểu người, vi

khuẩn biến đổi gen

49,5431,0

Bệnh hóa xương

2. Ứng dụng của enzyme trong chuẩn đoán bệnh:

Nồng độ cơ chất được xác định theo 2 phương pháp :

Phương pháp xác định điểm cuối ( end-poind methods )

Phương pháp do tốc độ phản ứng ( measurement of reaction rate )

a) Ứng dụng của enzyme trong xác định nồng độ: Phương pháp xác định điểm cuối:- Nguyên tắc của phương pháp như sau : Khi cho enzym tác động vào cơ

chất, cơ chất sẽ giảm và sản phẩm cuối sẽ tăng lên. Ta có thể xác định được những chỉ số này.

- Đối với nồng độ cơ chất thấp hơn giá trị của hằng số (Km) Michaelis, tốc độ phản ứng tuân theo phương trình sau :

v = es * v/Km- Ở đây, thời gian cần cho phản ứng phụ thuộc vào tốc độ phản ứng và

hằng số (Km) của enzyme sử dụng.

+ Phương pháp xác định urea:Urea bị thủy phân bởi urease (EC.3.5.1.5) ở 0,7 UI/ml. Và amoniac được

tạo thành khi cho enzym glutamate dehydrogenase (EC.1.4.1.3) có hoạt tính 6,2 UI/ml tác động.

Urea + H2O 2NH3 + CO2

2-Cetoglutarate + 2NH4+ + 2NADH 2L-glutamate + 2NAD+ +2H2O

+Phương pháp xác định glucose với glucose-oxidase:Trong phản ứng đầu tiên, Glucose bị oxy hóa bởi glucose oxidase, tạo

thành peroxide hydro theo phương trình sau:

Glucose-oxidase 10 UI/ml

Glucose + O2 + H2O gluconate + H2O2

Trong phản ứng thứ hai peroxide hydro, dưới tác dụng của enzym horse-radish peroxidase (EC.1.11.1.7) sẽ tạo màu theo phản ứng sau:

H2O2 + chromogen màu + H2O

horse radish peroxidase

Phương pháp động học: (kinetic methods)

Phương pháp này chỉ xác định nồng độ cơ chất dưới giá trị Km.

+ Phương pháp xác định glucose : phản ứng xảy ra trong phương pháp này như sau:

D-glucose + ATP D-glucose-6-phosphate + ADP D-glucose -6-phosphate +NADP+ D-glucose-δ- lactone - 6-

phosphate + NADPH + H+

Ở phản ứng đầu , glucpse được phosphoryl hóa bởi hexokinase (EC .2.7.1.1 ) Sau dó , glucose -6-phosphate bị hydrogen hóa bởi tác động của glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC.1.1.1.49 ) .Sự tạo thành NADPH sẽ được xác định bằng máy quang điện.

+ Xác định triglyceride: Chất béo được thủy phân bằng lipase ( EC .3.1.1.3) và carbpxylesterase (EC.3.1.1.1) . Glycerol sau đó sẽ được phosphoryl hóa bởi glycerol kinase (EC .2.7.1.30) . ADP được tạo thành sẽ tiếp tục được phosphoryl hóa đến ATP với phosphor enol pyruvate và pyruvate kinase 9EC.2.7.1.40) . Cuối cùng pyruvate được hydrogen hóa bởi L-lactate dehydrogenase ( EC.1.1.1.27) và NADH sẽ giảm dần.

Triglyceride + 3 H2O glycerol + 3 acid béo Glycerol + ATP glycerol-3-phosphate + ADP ADP + phosphor enol pyruvate ATP+ pyruvate Pyruvate + NADH + H+ L-lactate +NAD+

b) Xác định hoạt tính enzyme:Xác định họat tính của alkaline phosphatase (EC.3.1.3.1)

4-Nitro phenyl phosphate + H2O phosphate + 4-nitro phenolate

Ở pH tối ưu 9,8 sản phẩm sẽ phân tán và tốc độ phản ứng sẽ tăng theo độ hấp thụ ở bước sóng 405nm.

Xác định họat tính của creatine kinase (EC .2.7.3.2)Creatine phosphate +ADP creatine +ATP ATP được tạo thành trong phản ứng này nhờ xúc tác của enzyme

creatine kinase

c) Thực hành miễn dịch: Enzyme được sử dụng ở đây để xác định hỗn hợp kháng

nguyên – kháng thể, tạo thành trong phản ứng miễn dịch. Ta có thể sử dụng máy so màu quang điện, hùynh quang để xác định phản ứng .

Enzyne alkaline phosphatase ( EC .3.1.1.3)

Enzyme này được ứng dụng trong phản ứng miễn dịch. Người ta thường sử dụng enzyme này với họat tính 2500UI /mg, ở nhiệt độ 37oC.

Để xác định họat tính alkaline phophatase có thể sử dụng máy hùynh quang với 4-methylumbelliferyphosphatase làm cơ chất .

β – galactosidase ( EC .3.2.1.23)Người ta thường sử dụng enzyme này có họat tính riêng lớn hơn

250UI/mg với cơ chất là 4-nitrophenyl-β-D-galactosidase, ở 37oC.Họat tính của β-galactosidase được đo bằng máy quang điện với 4-

methylumbellifery- β-galactosidase.

Ngòai ra ta có thể sử dụng 5-bromo-4-chloro-3-indolyl- β-galactosidase.

Horseral peroxidase (EC .1.11.1.7)Enzyme này chứa 2 đến 3 nhóm họat động aminE trong phân tử và chứa

12-14,5% carbphydrate . Xác định họat tính enzyme này bằng máy quang điện. Cơ chất thường sử dụng là chromogen-2-2’azinobis [3-ethybenzothiazoline-sulfonate] (ABTS) và peroxidase có họat tính riêng là 100u/c ở 25oC.

Trong miễn dịch người ta thường sử dụng cơ chất là 3,3’; 5,5’-tetramethyl benzidine.