ứng dụng của enzym trong y tế

LỜI NÓI ĐẦUEnzyme là chất xúc tác sinh học không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinhsản của mọi sinh vật, mà còn được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến thư

Hình 5 Quá trình acetylcholine truyền tin giữa các tế bào thần

kinh bị phá vỡ bởi các loại thuốc trừ sâu ức chế với

cholinesterase

Hình 6 Loại enzyme có trong loài ếch Northern Leopard có tác dụng điều

trị ung thư, nhất là ung thư não (Ảnh: Biology.mcgill.ca)

Hình 7 Urease conductometric

Hình 8 Glucose oxidase

LỜI NÓI ĐẦU

Enzyme là chất xúc tác sinh học không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinhsản của mọi sinh vật, mà còn được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến thực phẩm,trong y học, kĩ thuật phân tích, trong công nghệ gen và trong bảo vệ môi trường…

Cụ thể, trong bài tiểu luận này chúng em sẽ đề cập đến ỨNG DỤNG CỦA

ENZYME TRONG Y TẾ nhằm cung cấp thêm một số hiểu biết về vấn đề này.

Trong quá trình làm tiểu luận, chúng em đã rất cố gắng trình bày những kiến thức kythuật mới và có hệ thống Tuy nhiên, chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót Chúng em rấtmong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của cô để rút kinh nghiệm cho những lầnsau

Chúng em xin chân thành cảm ơn

A GIỚI THIỆU ENZYME

Enzyme là chất xúc tác cho phản ứng sinh hóa.Bản chất của enzyme là protein Nhưng so vớichất xúc tác cơ, enzyme có những đặc tính ưu việthơn:

 Phản ứng thực hiện gần như có hiệu quả 100% và

không kèm theo phụ phẩm thừa

 Đồng thời có thể xảy ra nhiều phản ứng độc lập

khác nhau, không bị rối bởi các sản phầm phụ

 Vận tốc phản ứng nhanh hơn, cường độ xúc tác mạnh hơn

 Điều kiện phản ứng ôn hòa, đại đa số xảy ra ở môi trường trung tính

 Các phản ứng chịu sự điều hòa hợp lý và tiết kiệm nhất, tiêu tốn năng lượng là tốithiểu

 Một đặc tính rất quan trọng nữa của enzyme là trong quá trình thực hiện phản ứng

nó không bị phá hủy Khi phản ứng xúc tác kết thúc, chúng được tự do và tiếp tục xúc táccác phân tử cơ chất mới

Chính vì vậy enzyme ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và ky thuật

HÌNH 1

B ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG Y TẾ

1. Giới thiệu enzym chữa bệnh

Enzym cũng như một số chất dùng trong chữa bệnh cho người và gia súc cónhững đặc tính không phù hợp chung 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 do hoạt động ức chế của các chất hiện diện trong hệdịch 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 chữabệnh có hiệu quả

2.1 Ứng dụng enzym trong xác định nồng độ cơ chất:

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

 Phương pháp xác định điểm cuối (end-point methods)

 phương pháp đo tốc độ phản ứng (measurement of reaction rate)

2.2 Phương pháp xác định nồng độ cơ chất bằng 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

 Phương pháp xác định glucose với glucose-oxydase

Trong phản ứng đầu tiên, glucose bị oxy hoá bởi glucose-oxydase (EC.1.1.3.4), tạothành peroxide hydro theo phương trình sau:

glucose + O2 + H2O glucose-oxidase 10 UI/ml gluconate + H2O2

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

H2O2 + chromogen horse-radish peroxidase màu + H2O

Trong phân tích này, 2,2’-azino-bis (3-ethyl 2,3-dihydrobenzothiazol sulfonate (ABTS)được sử dụng như chromogen

 Phương pháp xác định urea

Urea bị thuỷ phân bởi urease (EC.3.5.3.1) ở 0.7 UI/ml Và amoniac được tạo thành khicho 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 động học (kinetic methods)

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

Xác định glucose:

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

D–glucose–6–phosphate + NADP+ D–glucono–δ–lactose –

6 – phosphate + NADPH + H+

Ở phản ứng đầu, glucose được phosphoryl hóa bởi hexokinase(EC.2.7.1.1), sau đóglucose–6–phosphate bị hydrogen hóa bởi tác động của glucose–6–phosphatedehydrogenase (EC.1.1.1.49) Sự tạo thành NADPH sẽ được xác định bằng máy quangđiện.

Xác định triglyceride:

Triglyceride + 3 H2O glycerol + 3 acid béo

Glycerol + ATP glycerol–3–phosphate + ADP

ADP + phosphoenolpyruvate ATP + pyruvate

Pyruvate + NADH + H+ L–lactate + NAD+

Chất béo được thủy phân bằng lipase (EC.3.1.1.3) carboxylesterase (EC.3.1.1.1) tạo raglycerol và sẽ được phosphoryl hóa bởi glycerol kinase(EC.2.7.1.30), ADP tạo thành sẽtiếp tục được phosphoryl hóa đến ATP với phosphoenolpyruvate và pyruvatekinase(EC.2.7.1.40), cuối cùng pyruvate được hydrogen hóa bởi L–lactate dehydrogenase(EC.1.1.1.27) và NADH giảm dần

Xác định hoạt tính của alkaline phosphatase (EC.3.1.3.1)

4–nitrophenylphosphate + H2O phosphate + 4–nitrophenolate

Ở pH tối ưu 9.8 sản phẩm sẽ phân tán và tốc độ phản ứng sẽ tăng theo độ hấp thụ ởbước sóng 405 nm

Xác định hoạt tính của creatine kinase (EC.2.7.3.2)

creatine phosphate + ADP createne + ATP

ATP tạo thành trong phản ứng này nhờ xúc tác của enzym creatine kinase

2.3 Thực hành miễn dịch

Enzym được sử dụng ở đây để xác định hỗn hợp kháng nguyên-kháng thể, tạo thànhtrong phản ứng miễn dịch Ta có thể sử dụng máy so màu quang điện, hùynh quang để xácđịnh phản ứng

a Alkaline phosphatase

Enzym này được ứng dụng trong phản ứng miễn dịch Để xác định hoạt tính alkalinephosphatase có thể sử dụng máy huỳnh quang với 4–methylumbelliferyphosphate làm cơchất enzym này thường được sử dụng với hoạt tính 2500UI/mg ở nhiệt độ 370C

Enzym này chứa hai đến ba nhóm họat động aminE trong phân tử và chứa 12-14.5%carbohydrate Xác định hoạt tính enzym này bằng máy quang điện với cơ chất thường sửdụng là chromogen-2,2’-azinobis hay 3-ethylbenzothiazoline-sulfonate (ABTS)

Trong miễn dịch người ta thường sử dụng cơ chấtlà 3,3’ hay 5,5’-tetramethyl benzidine

3 Ứng dụng Enzyme trong chữa bệnh và sản xuất thuốc:

Hiện nay, enzym được sử dụng chủ yếu chữa các bệnh như sau:

 Enzym như chất cho thêm vào cơ thể để chữa bệnh kém tiêu hoá

 Enzym được sử dụng như chất làm sạch vết thương và làm lành vết thương

 Enzym được sử dụng trong các phản ứng miễn dịch

Dùng enzyme làm thuốc, ví dụ protease làm thuốc tắc nghẽn tim mạch, tiêu mủ vết

thương, làm thông đường hô hấp, chống viêm, làmthuốc tăng tiêu hóa protein, thành phần

của các loại thuốc dùng trong daliễu và my phẩm… Trong y học, các protease cũng được

dùng để sản xuất môi trường dinh dưỡng để nuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh,

chất kháng độc… Ngoài ra người ta còn dùng enzyme protease để cô đặc và tinh chết các

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 bệnhthiếu enzyme tiêu hóa

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 hóa

β-amylase 3.2.1.2 - - bệnh kém tiêu hoá

-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

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 (kininogenase ) 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 (muramidase ) 3.2.1.17 Lòng trắng trứng 14,3 Bệnh nhiễm trùng

Pancreatin - Tụy lợn - Bệnh kém tiêu hoá

Papain 3.4.22.2 Mủ đu đủ 23 Bệnh kém tiêu hoá

Pepsin 3.4.4.1 Bao tử lợn 35 Bệnh kém tiêu hoá

Plasmin (fibrinolysin) 3.4.21.7 Plasma 87-91 Bệnh hóa xơ

Plasminogen activator 3.4.21.9

9 Tế bào melanoma 67 Bệnh hóa xơ

Robinuclease 3.1.27.5 Tuỵ bò 13,7 Chữa vết thương

Subtisin 3.4.21.1

4 Bacillus sp 27,6 Làm sạch vết thương

Superoxide dismutase 1.15.1.1 Erythrocyt bò 32,5 Chống lão hoá tế bào

Thombin (fibrinogenase ) 3.4.21.5 Plasma người 39 (α)

31,0

Phát hiện enzyme giúp điều trị bệnh Alzheimer

Các nhà khoa học My đã phát hiện mộtenzyme có thể chữa lành các tế bào não bịbệnh Alzheimer - một chứng bệnh mất trínhớ, và đặt tên cho enzyme này là Uch-L1.Alzheimer là căn bệnh ăn mòn trí nhớ conngười Theo nhóm nghiên cứu, não người bịtác động bởi bệnh này có khuynh hướnggiảm Uch-L1 Trong nghiên cứu của mình,nhóm đã tiêm Uch-L1 vào não của chuột thínghiệm bị bệnh Alzheimer Kết quả họ phát hiện enzyme này đã giúp trí nhớ của loài gặmnhấm này phục hồi

Điều đặc biệt là enzyme này không tiêu diệt các protein amyloid beta bám ở não - đượccho là nguyên nhân gây ra bệnh Alzheimer mà làm cho nó trở nên bình thường và không cóhại cho trí nhớ Theo nhà nghiên cứu Ottavio Arancio, điều này rất quan trọng bởi proteinamyloid beta giữ một vai trò quan trọng trong cơ thể

Hiện các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu hơn trước khi đưa enzymenày vào thử nghiệm ở con người Dù vậy, họ tỏ ra rất lạc quan bởi hiệu quả điều trị của nó.Tính đến nay đã có hàng triệu người trên thế giới mắc bệnh Alzheimer, trong đó chỉriêng tại My có 4,5 triệu bệnh nhân, và số lượng người bệnh dự kiến sẽ bùng nổ trong vàithập kỷ tới khi số người già tăng lên, trong khi một số loại thuốc điều trị hiện có hầu như ít

có tác dụng Kết quả nghiên cứu này có thể giúp các nhà khoa học phát triển loại thuốc mớiđiều trị bệnh Alzheimer hiệu quả hơn

HÌNH 2

Nhận dạng enzym chống dị ứng nặng

Một nghiên cứu của Canada vừa khẳng định rằng nồng độ của một enzym trong máuảnh hưởng đến tính nghiêm trọng của các phản ứng dị ứng Vai trò của enzym này từngđược chứng minh ở loài động vật, nhưng nghiên cứu mới trên lần đầu tiên khẳng định hiệntượng này ở người

Các nhà nghiên cứu thuộc các trường Đại học Toronto và Manitoba đã chứng minh rằngnhững người có nồng độ enzym acyl-hydrolase PAF trong máu thấp bị phản ứng dị ứngnặng hơn so với những người có nồng độ enzym này thấp hơn

Theo tác giả nghiên cứu Peter Vadas, enzym này tiêu hủy một hóa chất được gọi làthành phần hoạt hóa tiểu cầu Hóa chất này được hình thành trong quá trình phản ứng dịứng Những người có nồng độ enzym acyl-hydrolase PAF thấp không thể làm trung hòahóa chất PAF nhất để ngăn ngừa phản ứng dị ứng nặng

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 hoặcvết chích côn trùng

 Sau đây sẽ là một số ví dụ về các loại thuốc được sản xuất nhờ ứng

dụng Enzyme

Enzyme urokinase

Enzyme urokinase(enzym làm tanmáu đông làm tắc nghẽn mạch máu):Urokinasa tác động trực tiếp trên hệtiêu fibrin nội sinh để chuyểnplasminogen thành plasmin là enzymthủy phân protein.plasmin phân giảifibrin, fibrinogen, và những protein trợđông khác trong huyết tương.Plasminogen có trong cục huyết khối vàcục nghẽn mạch Do đó urokinasa đượchoạt hóa cả bên trong và bên ngoài củacủa cục huyết khối và cục nghẽn mạch

HÌNH 3

Enzyme Streptokinase(loại thuốc tiêu huyết khối)

Streptokinase, một protein ngoại bào được sản xuất bởi Streptococcus, là có khả năngkích hoạt plasminogen zymogen người tiêu sợi huyết Streptokinase là một protein có khốilượng phân tử 47 kDa do liên cầu khuẩn tan huyết-beta nhóm C sinh ra Nó tác động theomột cơ chế phức tạp với cả plasminogen liên kết và không liên kết với fibrin

trong tuần hoàn để tạo thành một phức hợp hoạt hoá Phức hợp này biến

đổi plasminogen còn dưthành plasmin là enzym thuỷ

phân protein, có tác dụng tiêu fibrin và có thể làm tan

các cục máu đông trong lòng mạch

Plasmin giáng hoá fibrin , fibrinogen và các

protein gây đông máu trong huyết tương Mặc dù plasmin bị bất hoạt bởi các chất ức chếtrong máu như: alfa2- antiplasmin và alfa2- macroglobulin, các chất ức chế này bị giảm đi(rất nhanh và liều cao) trong quá trình điều trị bằng streptokinase

Chỉ định:

- Nhồi máu cơ tim cấp

- Huyết khối tĩnh mạch sâu, thuyên tắc phổi cấp, tắc nghẽn động mạch cấp

- Tắt nghẽn động, tĩnh mạch

Thuốc kháng CHOLINESTERASE

Cholinesterase là enzym thuỷ phân làm mất tác dụng của acetylcholin Một phân

tử Acetylcholin,sẽ gắn vào hai vịtrí hoạt động của enzym; vị trí anion (anionic sie) sẽ gắn

HÌNH 4

HÌNH 5 Quá trình acetylcholine truyền tin giữa các tế bào thần kinh bị phá vỡ bởi các loại thuốc trừ sâu ức chế với cholinesterase. 

với cation N + của acetylcholin, còn vị trí gắn este (esteratic site) gồm một nhómbase và một nhóm acid proton ( -Ġ- H) tạo nên một liên kết hai hóa trị với nguyên tử Ccủa nhóm carboxyl của este

Ứng dụng của enzyme trong y tế Nhóm 2

Nghiên cứu enzym của ếch để điều trị ung thư

Theo các nhà khoa học Anh và My, một enzyme trong tế bào trứng ếch có triển vọng rất

lớn trong điều trị ung thư, đặc biệt là ung thư não Liệu pháp mới này đang được thử

nghiệm tiền lâm sàng

Các nhà nghiên cứu thuộc Trường Đại học Bath (Anh) và công ty Alfacell (My) đã

phân lập và thử nghiệm thành công amphinase, một phiên bản của enzyme ribonuclease từ

tế bào trứng của loài ếch Northern Leopard (Rana pipiens) Ribonuclease là một loại

enzyme có trong tất cả mọi sinh vật và có nhiệm vụ thu dọn các dải tế bào trôi tự do của

phân tử RNA (ribonucleic acid) bằng cách thâm nhập vào phân tử này và cắt nó ra thành

những đoạn ngắn Ở động vật hữu nhũ, hoạt động của enzyme này được kiểm soát chặt chẽ

bằng các chất ức chế nên nó không gây nguy hại gì Nhưng amphinase là một ribonuclease

của ếch – một loài động vật lưỡng cư chứ không phải loài hữu nhũ – nên amphinase vượt

qua được các phân tử gây ức chế của loài hữu nhũ để phá hủy tế bào ung thư

Kết quả thử nghiệm cho thấy amphinase có khả năng nhận ra một lớp đường đặc thù

trên tế bào ung thư và bám chặt vào đó, rồi tìm cách thâm nhập vào bên trong tế bào để tấn

công Khi vào được bên trong tế bào ung thư, phân tử amphinase sẽ phá vỡ hoạt động bình

thường của tế bào và giết chết tế bào bằng cách làm đứt rời các chuỗi RNA – chất liệu di

truyền có nhiệm vụ chuyển tải những chỉ thị của DNA đến cơ quan sản xuất protein trong

tế bào

HÌNH 6 Loại enzyme có trong loài ếch Northern

Leopard có tác dụng điều trị ung thư, nhất là ung thư

não (Ảnh: Biology.mcgill.ca)

Mặc dù có khả năng tiềm tàng trong điều trị nhiều bệnh ung thư, nhưng amphinaseđược đánh giá là mở ra cơ hội lớn nhất trong điều trị ung thư não – một loại ung thư mà chỉ

có thể được can thiệp bằng phẫu thuật và hóa trị liệu rất phức tạp

Theo giáo sư Ravi Acharya, thuộc Khoa Sinh học và Hóa sinh học của Đại học Bath,

kết quả thử nghiệm cho thấy amphinase “có khả năng rất cao trong việc tìm kiếm, thâm

nhập và phá hủy các khối ung thư.” Ông nói: “Đây là một phân tử hoạt động rất mạnh mẽ.

Nó giống như một viên đạn kỳ diệu của Đấng Tạo hóa có khả năng nhắm vào tế bào ung thư để tiêu diệt” Theo ông, enzyme này “có thể tổng hợp được dễ dàng trong phòng thí nghiệm và có triển vọng trở thành một loại thuốc điều trị ung thư trong tương lai”.

Urease conductometric cảm biến sinh học để phát hiện các ion kim loại nặng

Urease cảm biến sinh học conductometric để phát hiện các ion kim loại nặng bao gồminterdigitated điện cực vàng màng

enzyme được hình thành trên các bộ

phận nhạy cảm của họ đã được sử

dụng cho một ước tính định tính của ô

nhiễm nước nói chung với các ion kim

loại nặng Các phép đo của hoạt động

urease còn lại đã được thực hiện trong

bộ đệm Tris-HNO3 sau khi

preincubation trong dung dịch muối

kim loại mô hình Các giới hạn phát

hiện, tùy thuộc vào thời gian preincubation và phạm vi năng động, đã được xác định trong