ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG Y HỌC,PHÂN TÍCH

ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG Y HỌC,PHÂN TÍCH

ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG Y

HỌC,PHÂN TÍCH VÀ NGHIÊN CỨU

Chẩn

đoán bệnh

Phân tích định lượng

Hoá học

Phân Tích

Phân tích thực phẩm

Điện cực Enzyme không tan

Công nghiệp

Nông nghiệp

Mở Rộng

Tình hình

sử dụng

 Giới thiệu enzyme

 Là chất xúc tác cho phản ứng sinh hoá

 Có bản chất là protein

 So với các chất xúc tác vô cơ,enzyme có nhiều đặc tính ưu việt

 Ngày càng được ứng dụng rộng rãi

trong đời sống và kỹ thuật

Ứng dụng trong y học

 Trong chữa bệnh

Enzym cũng như một số chất dùng trong chữa bệnh

cho người và gia súc có những đặc tính không phùhơpchung như sau:

* Khối lượng phân tử lớn, khó qua màng tế bào.

* Dễ dàng bị phân huỷ trong đường tiêu hoá.

* Dễ bị mất hoạt tính sinh học dohoạtđộng ức chế của các chất hiện diện trong hệ dịch và trong mô.

* Có thể biểu hiện như một kháng nguyên.

Tuy nhiên, enzym cũng có những đặc tính riêng,được

sử dụng như một loại thuốc chữa bệnh có hiệu quả.

- phương pháp đo tốc độ phản

 Trong chẩn đoán bệnh

Xác định nồng độ cơ chất

Phương pháp xác định điểm cuối

Nguyên tắc: 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.

 Xác định glucose với glucose-oxydase

Trong phản ứng đầu tiên, glucose bị oxy hoá bởi

glucose-oxydase (EC.1.1.3.4), tạo thành peroxide hydro theo phương trình sau:

glucose – oxidase 10 UI/ml

Glucose +O2 +H2O gluconate +H2O

 Trong chẩn đoán bệnh

Xác định nồng độ cơ chất

Phương pháp xác định điểm cuối

 Xác định glucose với glucose-oxydase

Trong phản ứng thứ hai peroxide hydro, dưới tác

dụng của enzyme horse –radish peroxidase sẽ tạo màu theo phản ứng

horse-radish peroxidase

H2O2 + chromogen màu + H2O

 Trong chẩn đoán bệnh

Xác định nồng độ cơ chất

Phương pháp xác định điểm cuối

 Xác định urea

Urea bị thuỷ phân bởi urease (EC.3.5.3.1) 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 + H 2 O 2NH 3 + CO 2

D – glucose + ATP D-glucose-6-phosphate + ADP

D-glucose -6-phosphate +NADP + lactose-6-phosphate + NADPH +

D-glucono-denta-Ở phản ứng đầu, glucose được phosphoryl hóa bởi

hexokinase ,sau đó glucose-6-phosphate bị hydrogen hóa bởi tác động của glucose-6-phosphate dehydrogenase Sự

Trong chẩn đoán bệnh

Xác định nồng độ cơ chất

Phương pháp động học

 Xác định triglyceride

Trilyceride + 3 H2O glycerol +3 acid béo

Glycerol + ATP glycerol -3-phosphate + ADP

ADP + phosphoenolpyruvate ATP + pyruvate

Pyruvate + NADH + H + L-lactate + NAD +

Trong chẩn đoán bệnh

Xác định nồng độ cơ chất

Phương pháp động học

 Xác định triglyceride

Chất béo được thủy phân bằng lipase(EC.3.1.1.3)

carboxylesterase (EC.3.1.1.1) tạo ra glycerol và sẽ được phosphoryl hóa bởi glycerol kinase(EC.2.7.1.30), ADP tạo thành sẽ tiếp tục được phosphoryl hóa đến ATP với phosphoenolpyruvate và pyruvate kinase(EC.2.7.1.40), cuối cùng pyruvate được hydrogen hóa bởi L–lactate dehydrogenase (EC.1.1.1.27) và NADH giảm dần .

Trong chẩn đoán bệnh

Xác định hoạt tính của enzyme

 Xác định hoạt tính của alkaline phosphatase

nitrophenylphosphate + H2O phosphate + nitrophenolate

4-Ở pH tối ưu 9.8 sản phẩm sẽ phân tán và oot61c độ phản ứng sẽ tăng theo độ hấp thụ ở bước sóng 405 nm

 Xác định hoạt tính của creatine kinase

Creatine phosphate + ADP createne + ATP ATP tạo thành trong phản ứng này nhờ xúc tác của enzyme creatin kinase

tiêu hóa protein, thành phần của các loại thuốc dùng trong daliễu và mỹ phẩm…

Trong chữa bệnh và sản xuất

thuốc

Trong y học các protease cũng được dùng để sản xuất môi trườngdinh dưỡng để nuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh, chất khángđộc… Ngoài

ra người ta c.n dùng enzyme protease để cô đặc và tinh chếcác huyết thanh kháng độc để chữa bệnh Amylase được sử dụng phối hợp với

coenzyme A, cytocrom C,ATP, carboxylase để chế thuốc điều trị bệnh tim mạch, bệnh thần kinh,phối hợp với enzyme thủy phân để chữa bệnh thiếu

enzyme tiêu hóa

Trong chữa bệnh và sản xuất

Trong chữa bệnh và sản xuất

thuốc

Phát hiện enzyme giúp điều trị bệnh Alzheimer enzyme này là Uch-L1

Đặc biệt là enzyme này không tiêu

diệt các protein amyloid beta

bám ở não - được cho là nguyên

nhân gây ra bệnh Alzheimer - mà

làm cho nó trở nên bình thường

và không có hại cho trí nhớ.Theo

nhà nghiên cứu Ottavio Arancio,

điều nàyrất quan trọng bởi

protein amyloid beta giữ mộtvai

Trong chữa bệnh và sản xuất

thuốc

Nồng độ của một enzym trong máu ảnh hưởng đến tính nghiêm trọng của các phản ứng dị ứng

Những người có nồng độ enzym acyl-hydrolase

PAF trong máu thấp bị phản ứng dị ứng nặng hơn so với những người có nồng độ enzym này thấp hơn

Phát hiện này có thể giúp điều chế những loại

thuốc chống dị ứng do thức ăn gây nguy cơ chết

người tiềm ẩn như đậu phộng, các loại hải sản, hay

một số phản ứng do thuốc hoặc vết chích côn trùng

độ cơ chất cần xác định Khi cần thiết phải thử với các nồng độ cơ chất khác nhau để lựa chọn nồng độ thích hợp đạt yêu cầu phân tích.

Ứng dụng trong phân tích

Ứng dụng của enzyme trong phân tích thực phẩm

Xác định cacbohydrate

Glucose : được xác định bằng phương pháp enzym

hexokinase Phản ứng của quá trình đó xảy ra như sau:

D-glucose + ATP hexokinase ADP + glucose-6-phosphate

Glucose-6-phosphate + NADP+ glucose-6-phosphatedehydrogenase

D-Ứng dụng trong phân tích

Ứng dụng của enzyme trong phân tích thực phẩm

Fructose : enzym hexokinase cũng tác động lên

fructose Ta có thể xác định fructose sau khi xác định glucose

D-glucose + ATP ADP +

fructose-6-phosphate

fructose-6-phosphate glucose phosphate isomerase glucose-6-

phosphate

Ứng dụng trong phân tích

Xác định cacbohydrate

Rafinose : rafinose có trong củ cải đường.

Rafinose + H2O -galactosidase D-galactose + saccharose

Tinh bột : tinh bột có nhiều trong thực vật và có

cả ở một số loài vi sinh vật Xác định tinh bột theo

phương trình phản ứng sau.

Tinh bột + (n-1)H2O amyloglucosidase n D-glucose

Ứng dụng trong phân tích

Ứng dụng của enzyme trong phân tích thực phẩm

Acetic acid : Thuộc nhóm acid bay hơi, người ta sử dụng enzym để xác định acetic acid Acetate có nhiều trong vang.

Acetate + ATP + CoA acetyl-CoA-synthetase

Acetyl-CoA + AMP + Pyrophosphate

Acetyl-CoA + oxaloacetate + H2O citrate synthetase

citrate + CoA

L-malate + NAD + L-malate dehydrogenase oxaloacetate + NADH + H +

Ứng dụng trong phân tích

Ứng dụng của enzyme trong phân tích thực phẩm

Xác định acid hữu cơ

Aspartic acid : có nhiều trong nước táo và được xác

Ứng dụng trong phân tích

Ứng dụng của enzyme trong phân tích thực phẩm

Xác định acid hữu cơ

 Ascorbic acid : giống như vitamin, ascorbic acid đóng vai trò

sinh học lớn trong sinh lý người và động vật Chúng được sử dụng như chất phụ gia trong thực phẩm Người ta sử dụng

enzym để xác định ascorbic acid.

+ H +

PMS: 5-methylphenazinium sulfate

MTT: 3-(4,5 dimethylthiazolyl-2)-2,5-diphenyltetrazolium bromide

Người ta thường xác định ascorbic acid trong nước quả, trong rau, quả, trong sữa, trong sản phẩm thịt.

Ứng dụng trong phân tích

Ứng dụng của enzyme trong phân tích thực phẩm

Xác định alcohol

 Ethanol : ethanol là sản phẩm lên men đường bởi nấm men

Ngoài những phương pháp bình thường, người ta còn dùng

enzym để xác định ethanol.

Glycerol : glycerol phổ biến nhiều trong thiên nhiên và có nhiều trong

quá trình lên men

ADP + PEP pyruvate kinase ATP + pyruvate

Alcohol đường :

 Người ta xác định sorbitol bằng enzym sorbitol dehydrogenase

 Tương tự, người ta cũng xác định xylitol bằng enzym sorbitol

dehydrogenase

Ứng dụng trong phân tích

Ứng dụng của enzyme trong phân tích thực phẩm

Xác định các thành phần khác

 Cholesterol : cholesterol là một steroid có ý nghĩa rất lớn trong

sinh lý người và động vật Các phản ứng xác định cholesterol như sau.

Cholesterol + O 2 cholesterol oxidase cholestenone + H 2 O 2

H 2 O 2 + methanol catalase formaldehyde + 2H 2 O

 Triglyceride : xác định triglyceride bằng esterase và lipase

Ứng dụng trong phân tích

Điện cực enzyme không tan

Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động:

Thành phần cấu tạo sinh học của điện cực này là enzyme, được cố

định trên bề mặt của điện cực, đáp ứng với nồng độ của một trong các cơ chất, hoặc các sản phẩm của phản ứng do enzyme xúc tác.

Enzyme có thể là lớp gel ( enzyme không tan giữ trong gel) mỏng bao xung quanh cảm biến điện hóa hoặc tiếp xúc với cảm biến này nhờ màng thấm chọn lọc Cơ chất đi qua lớp gel hay màng chọn lọc, tiếp xúc với enzyme và chuyển hóa thành sản phẩm Ví dụ: phản ứng oxi hóa-khử các chất do oxidoreductase xúc tác, các điện tử của

phản ứng được vận chuyển từ chất phản ứng đến điện cực, tạo ra tín hiệu điện Tín hiệu điện có thể được phát hiện bằng cách đo dòng

điện (amperometric biosensor), hoặc đo điện thế (potentiometric

biosensor).

Ứng dụng trong phân tích

Điện cực enzyme không tan

Một số ví dụ về ứng dụng điện cực enzyme để phân tích các chất:

Điện cực enzyme được dùng để xác định nồn độ nhiều chất khác nhau như: glucose, một

số acid hữu cơ (acid acetic, acid pyruvic, acid lactic, acid fomic,…) amino acid, các lipid,

penicillin, và alcohol, … trong số các biosensor ứng dụng trong lâm sàng, glucose biosensor

Ứng dụng trong nghiên cứu

Nghiên cứu enzym của ếch để điều trị ung thư

Theo các nhà khoa học Anh và Mỹ,

Ứng dụng trong nghiên cứu

Amphinase có khả năng nhận ra một lớp đường

đặcthù trên tế bào ung thư và bám chặt vào đó, rồi tìmcách thâm nhập vào bên trong tế bào để tấn công

Thuốc được bào chế từ amphinase sẽ được tiêm trực tiếp vào vùng có khối u và không gây hại cho các tế bào lành mạnh xung quanh, vì amphinase chỉ phát

hiện và tấn công tế bào ung thư mà thôi.

Ứng dụng trong nghiên cứu

Máy Tính Làm Từ ADN Và Enzym - thiết bị điện toán

sinh học nhỏ nhất thế giới"

Máy tính có thể thực hiện 330.000 tỷ phép tính/giây, gấp 100.000 lần tốc độ của PCnhanh nhất hiện nay

Chạy bằng AND,hiệu suất sử dụng năng lượng của máy tính

ADN cũng gấp 1 triệu lần so với PC.

Cấu trúc của máy tính sinh học gồm ADN đóng vai trò phần

mềm và enzyme giữ vai trò phần cứng Phản ứng hoá học giữa các phân tử trong ống nghiệm cho phép nhà khoa học thực

hiện những phép tính đơn giản Nhà khoa học ra lệnh cho thiết

bị làm việc bằng cách thay đổi thành phần phân tử ADN Thay vì xuất hiện trên màn hình, kết quả được phân tích thông qua một

kỹ thuật cho phép nhà khoa học nhận biết chiều dài của phân

tử ADN đầu ra

trong thời gian gần đây là dùng chất mang để gắn

phức enzyme xúc tác

cho phản ứng nhiều bước

Mở rộng

Ứng dụng trong công nghiệp

Việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa

dạng, phong phú và đạt được nhiều kết quả to lớn : công nghiệp thịt, công nghiệp chế biến cá,công

nghiệp chế biến sữa, công nghiệp bánh kẹo, công

nghiệp bia, công nghiệp sản xuất sữa khô và bột

trứng,công nghiệp hương phẩm và mỹ phẩm, công

nghiệp dệt, công nghiệp da,công nghiệp phim ảnh,

công nghiệp y học…Với amylase, đ được dùngtrong sản xuất bánh m., công nghiệp bánh kẹo, công nghiệp rượu, sản xuấtbia, sản xuất mật,glucose, sản xuất các sản phẩm rau, chế biến thức ăn cho trẻ con, sản xuất các mặt hàng từ quả, sản xuất nước ngọt, công

Mở rộng

Ứng dụng trong công nghiệp

Các nhà khoa học đã thử nghiệm một hợp chất sinh học có thể giúp nước Anh trị được thảm hoạ môi

trường khiến họ phải tiêu tốn gần 190 triệu euro mỗi năm Đó là nạn phun kẹo cao su xuống mặt đường

Mở rộng

Ứng dụng trong công nghiệp

Dùng enzyme trị kẹo cao su

Enzyme - những phân tử được các sinh vật sống sử dụng để phá vỡ các dây chuyền nguyên tử carbon Trong cơ thể chúng ta, các enzyme đóng vai trò

quan trọng ở hệ tiêu hoá.

Đó là muối dạng dung dịch, có khả năng làm tan rất mạnh và bấy lâu nay được sử dụng như giải pháp thay thế cho các dung môi hữu cơ truyền thống

Hầu hết các dung dịch ion đều có một ưu thế rất lớn

là có thể tự phân huỷ sinh học.

Mở rộng

Ứng dụng trong công nghiệp

Trong công nghiệp nhẹ

và nhuộm Amylase có tácdụnglàmvải mềm, có khả năng nhúng ướt, tẩy trắng và bắt màu tôt Rũ hồ bằng enzyme không những nhanh, không hại vải, độ mao dẫn tốt mà c.n đảm bảo vệ sinh, do đó tăng được năng suất lao

Mở rộng

Có thể sử dụng các loại chế phẩm enzyme khác nhau

để chuyển hóacác phế liệu, đặc biệt là các phế liệu nông nghiệp cải tạo đất phục vụ nôngnghiệp.

Mở rộng

Tình hình sử dụng enzyme

Trong 30 năm qua, các công ty công nghệ sinh học đã khai sinh ngành dược phẩm trị giá 40 tỷ USD nhờ tạo ra các tế bào sống để sản xuất những loại thuốc bán chạy nhất thế giới Diversa và các công ty khác cược rằng công nghệ sinh học có thể tạo ra điều kỳ diệu tương tự đối với các ngành đang phát triển ì ạch như giấy, dệt và hóa dầu Chìa khóa làm nên điều kỳ diệu ấy là những loại enzym mới – những chất xúc tác protein thúc đẩy

đúng mức Cả thế giới chỉ bỏ ra khoảng 2 tỷ USD

mỗi năm để nghiên cứu enzym Hiện enzym chỉ

được sử dụng chủ yếu trong các quy trình độc lập như làm bạc màu, làm mòn quần jean, cải tiến đặc tính tẩy trắng của bột giặt và sản xuất vitamin B2

Trong khi đó, những ứng dụng khác của enzym dần

bị lãng quên vì nhà sản xuất không muốn bỏ ra hàng triệu đôla thay mới các dây chuyền công nghệ để

ứng dụng các enzym đắt tiền trong khi chỉ tiết kiệm được một phần chi phí xử lý hóa chất và phế thải

Xin cám ơn Cô và các bạn đã theo dõi !