TRƯỜNG ĐH NÔNG LÂM TP HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC BÀI BÁO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ ENZYME Chủ đề ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG HÓA HỌC 3 GVGD Ths Đỗ Việt Hà Nhóm 13 Thành viên nhóm Trần Lê Vi 18139222 Nguyễn Thị Quỳnh Như 18139141 Nguyễn Minh Anh 18139005 Trần Thị Kim Huyền 19139058 Nguyễn Minh Nhật 18139126 Mục Lục Chủ đề ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG HÓA HỌC 3 1 Chương 1 Tổng quan về enzyme 3 I Khái niệm enzyme 3 II Cấu trúc 3 III Cơ chế tác động 3 IV Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme 4.
TRƯỜNG ĐH NÔNG LÂM TP.HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC BÀI BÁO CÁO MƠN CƠNG NGHỆ ENZYME Chủ đề: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG HÓA HỌC GVGD: Ths.Đỗ Việt Hà Nhóm 13 Thành viên nhóm: Trần Lê Vi 18139222 Nguyễn Thị Quỳnh Như 18139141 Nguyễn Minh Anh 18139005 Trần Thị Kim Huyền 19139058 Nguyễn Minh Nhật 18139126 Mục Lục Chủ đề: ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG HÓA HỌC Chương Tổng quan enzyme I Khái niệm enzyme II Cấu trúc III Cơ chế tác động IV Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme V Vai trò enzyme Chương Ứng dụng enzyme hóa phân tích I Xét nghiệm hàm lượng Glucose máu Enzyme Glucose oxydase (GOD) Enzyme Hexokinase (Ligase): Enzyme Glucose dehydrogenase (GDH): II Sử dụng enzyme Peroxidase để xác định hàm lượng thủy ngân nước bị ô nhiễm 10 Giới thiệu enzyme peroxidase 10 Phương pháp xác định hàm lượng thủy ngân 10 Ưu điểm phương pháp 11 III Dùng enzyme Acetylcholinesterase để phát dư lượng thuốc trừ sâu 11 Giới thiệu enzyme Acetylcholinesterase 11 Cấu tạo 12 Cách phát thuốc trừ sâu 12 Chương Kết luận xu hướng phát triển 13 I Kết luận 13 II Xu hướng phát triển: 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 14 Chương Tổng quan enzyme I Khái niệm enzyme Enzyme chất xúc tác sinh học tổng hợp tế bào sống có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng không bị biến đổi sau phản ứng II Cấu trúc • Thành phần: gồm protein protein kết hợp với chất protein • Cấu trúc hóa học: có vùng chun biệt gọi trung tâm hoạt động, chỗ lõm khe hở nhỏ bề mặt enzyme • Cấu hình trung tâm hoạt động phải tương thích với cấu hình khơng gian chất III Cơ chế tác động Gồm bước: • Enzyme kết hợp với chất tạo thành phức hợp Enzyme – chất • Enzyme tương tác với chất tạo sản phẩm • Sản phẩm tạo thành enzyme giải phóng nguyên vẹn IV Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme Hoạt tính enzyme xác định lượng sản phẩm tạo thành từ lượng chất đơn vị thời gian Các yếu tố ảnh hưởng lên hoạt tính enzyme: • Nhiệt độ: Trong giới hạn nhiệt hoạt tính enzyme tỷ lệ thuận với nhiệt độ • Độ pH: Mỗi enzyme hoạt động giới hạn pH xác định • Nồng độ enzyme chất: Hoạt tính enzyme thường tỷ lệ thuận với nồng độ enzyme chất • Chất ức chế hoạt hố enzyme: Một số hố chất làm tăng giảm hoạt tính enzyme V Vai trị enzyme • Enzyme xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng, tế bào khơng có enzim hoạt động sống khơng thể trì tốc độ phản ứng xảy q chậm • Tế bào điều chỉnh chuyển hóa cách điều chỉnh tác động enzyme, theo hướng ức chế hoạt hóa • Khi enzyme bị thiếu, chất tích lũy lại chuyển hóa theo đường phụ thành chất độc hại gây nên triệu chứng bệnh lí, gọi bệnh rối loạn chuyển hóa Chương Ứng dụng enzyme hóa phân tích I Xét nghiệm hàm lượng Glucose máu Phương pháp phổ biến dùng enzyme để đánh giá tình trạng rối loạn chuyển hóa glucid bệnh lý đái tháo đường hay hạ đường huyết Phương pháp enzyme có độ đặc hiệu cao thời gian nhanh nên hiệu loại enzyme phổ biến thường dùng để định lượng glucose máu hexokinase, glucose oxydase, glucose dehydrogenase 1 Enzyme Glucose oxydase (GOD) 1.1 Giới thiệu Glucose oxydase Nguồn gốc: Glucose oxydase thu nhận nhiều ñường khác tách từ thực vật, động vật, hay sinh tổng hợp từ vi sinh vật Hiện chủ yếu tổng hợp nấm mốc Aspergillus niger Do người ta sử dụng chế phẩm glucose oxidase để chống oxy hóa sản phẩm thực phẩm, làm thuốc thử hóa phân tích, sử dụng tính chất kháng sinh glucose oxidase ngăn ngừa sản phẩm khỏi bị biến đổi 1.2 Phương pháp Cơ chế loại enzyme xúc tác cho phản ứng oxy hóa-khử liên quan đến phân tử oxy (O2) chất nhận electron Trong phản ứng này, oxy bị khử thành nước (H2O) hydro peroxide (H2O2) Đây phương pháp phổ biến với hóa chất cho máy hóa sinh bán tự động số máy hóa sinh tự động Phương pháp kết hợp sử dụng emzym glucose oxydase Peroxydase GOD (glucose oxydase) Glucose + H2O > Acid gluconic + H2O2 POD (Peroxydase) 2H2O2+ Phenol + amino-Antipyrin -> Quinonemin + 4H2O Phương pháp trải qua bước Đầu tiên glucose mẫu oxy hóa enzym glucose oxydase để tạo H2O2 Tuy nhiên glucose oxydase có đặc hiệu cao với β-glucose trong huyết cịn có α-glucose với tỉ lệ 2/3 βglucose, 1/3 α-glucose, số hóa chất cịn có thêm mutarotase để chuyển α-glucose thành β-glucose H2O2 tạo tỉ lệ thuận với nồng độ glucose Sau H2O2 tiếp tục tham gia phản ứng với Phenol amino-Antipyrin để tạo Quinonemin Quinonemin có màu hồng cánh sen, đậm độ màu tỉ lệ thuận với nồng độ Glucose Quinonemin đo bước sóng 540nm Một số phương pháp đo lượng H2O2 tạo mà không cần qua giai đoạn thứ máy đo đường huyết cầm tay hay máy khí máu 2 Enzyme Hexokinase (Ligase): 2.1 Giới thiệu Hexokinase Nguồn gốc: tìm thấy tất sinh vật, từ vi khuẩn, nấm men động vật có xương sống khác Chúng phân loại protein actin Ứng dụng: y học, phân tích hóa học, điều chỉnh lượng đường có gan tuyến tụy, điều tiết trao đổi chất glucose 2.2 Phương pháp Đây phương pháp phổ biến hệ thống máy tự động Phương pháp xác Bằng việc sử dụng enzyme Hexokinase nên đặc hiệu với glucose mà không bị nhiễu carbonhydrat khác Phương pháp trải qua gian đoạn theo sơ đồ sau: Hexokinase Glucose + ATP -> Glucose-6-Phosphat + ADP G6PD Glucose-6-Phosphat + NADP+ > 6-Phosphogluconat + NADPH + H+ Giai đoạn 1: Hexokinase xúc tác phản ứng phosphoryl hóa glucose tạo Glucose-6-Phosphat Giai đoạn 2: G6PD xúc tác phản ứng oxy hóa Glucose-6-Phosphat để tạo NADPH Mật độ quang NADPH tăng lên tỉ lệ thuận với nồng độ Glucose đo bước sóng 340 nm Cần lưu ý Hexokinase xúc tác phản ứng phosphoryl fructose mannose, nhiên nồng độ loại đường máu nhỏ không đủ để gây nhiễu cho phản ứng Một lưu ý huyết (huyết tương) vỡ hồng cầu ảnh hưởng đến phương pháp hồng cầu có G6PD 6-phosphogluconat dehydrogenase mà enzym sử dụng NADP+ làm chất Do ngày để giảm ảnh hưởng người ta sử dụng G6PD vi khuẩn (thay nấm) G6PD vi khuẩn sử dụng NAD+ thay NADP+ Đồng thời thay đo thay đổi mật độ quang NADPH, số hóa chất sử dụng thêm chất thị phenazin methosulphat (PMS) Idonitrotetrazolium (INT) để tham gia phản ứng với NADPH tạo sản phẩm màu đo bước sóng 520nm 2.3 Ưu điểm, nhược điểm Ưu điểm phương pháp có độ đặc hiệu cao Kết bị ảnh hưởng yếu tố khác Nhược điểm giá thành hóa chất cịn cao 3 Enzyme Glucose dehydrogenase (GDH): 3.1 Giới thiệu Glucose dehydrogenase Nguồn gốc: phân bố rộng rãi nhiều loài vi khuẩn người Trong loài thực vật bậc cao, vài dạng nhóm G6PDH tìm thấy cytosol, the plastidic stroma, peroxisomes Vai trò: Enzyme chất xúc tác cho đường pentose phosphate, đường chuyển hóa đóng vai trị giảm bớt lượng cung cấp cho tế bào cách trì nồng độ co-enzyme nicotinamide, adenine, dinucleotide phosphate Ứng dụng: y học, xét nghiệm, phân tích hóa học,… 3.2 Phương pháp Đây phương pháp sử dụng nhiều máy đo đường huyết cá nhân Phương pháp xảy qua phản ứng: GDH β-D-Glucose + NAD+ -> D-Glucono-∆-lacton + NADH + H+ NADH tạo đo bước sóng 340 nm dạng động học điểm cuối Ngồi người ta cịn cho thêm mutarotase để chuyển α-Glucose sang β-Glucose giúp kết xác Tuy nhiên men GDH lại phản ứng với đường khác maltose, galactose hay xylose Vì lý bệnh nhân có sử dụng đường điều trị làm kết tăng giả tạo Để tránh sai số ngày người ta sử dụng loại GDH phân lập từ chủng vi khuẩn Bacillus cereus đặc hiệu với glucose nên cho kết xác tương đương với phương pháp Hexokinase II Sử dụng enzyme Peroxidase để xác định hàm lượng thủy ngân nước bị ô nhiễm Giới thiệu enzyme peroxidase Nguồn gốc: Peroxidase tìm thấy nhiều nguồn thực vật khác cải ngựa, đu đủ, chuối, nhân trần… Peroxidase nhóm enzyme phổ biến quan trọng xúc tác q trình oxi hóa chất hydrogen peroxide peroxide hữu Ngồi q trình phân hủy peroxide, có q trình sinh học khác sử dụng enzyme cho chức thích hợp Chẳng hạn: enzyme peroxide có khả làm giảm nhiễm nước cách xử lý sinh học hợp chất phenol, cresol phenol clo hóa nước thải Phương pháp xác định hàm lượng thủy ngân Phương pháp cần dùng enzyme peroxidase, chất thị Indigocacmin 0,1%, nước thải chưa qua xử lý Peroxidase xúc tác cho trình oxy hóa Ind có mặt H2O2: Indigocacmin (màu xanh) + H2O2 → Indigocacmin (màu vàng) + H2O + O2 Theo dõi q trình màu Indigocacmin tính theo thời gian từ bắt đầu cho nước thải đến dung dịch chuyển sang màu vàng xanh Khi enzyme bị ức chế Hg2+ , tốc độ oxy hóa chất nhỏ đi, thời gian màu dài Như vậy, thời gian màu ti lệ thuận với nồng độ Hg2+ ức chế enzyme Ảnh hưởng ph đến hoạt độ enzyme Kết nghiên cứu cho thấy enzyme peroxidase hoạt động mạnh giá trị pH = 6,5 Ion Hg2+ ảnh hưởng đến hoạt tính cùa enzyme peroxide, giá trị nồng độ Hg2+ mg/1 enzyme hoàn toàn hoạt tính Ưu điểm phương pháp Phát triển phương pháp sinh học dùng enzyme để phát ion Hg 2+ môi trường Dễ dàng nhận biết hàm lượng Hg2+ nước Enzyme peroxidase nhạy cảm với tác nhân thường gặp nhanh chóng hoạt tính Ngun liệu rẻ tiền, giảm điều kiện kinh tế III Dùng enzyme Acetylcholinesterase để phát dư lượng thuốc trừ sâu Giới thiệu enzyme Acetylcholinesterase Acetylcholinesterase (AChE) enzyme đích quan trọng điều trị bệnh Alzheimer AChE tìm thấy chủ yếu mối nối thần kinh synap thần kinh hóa học loại cholinergic Một số hợp chất chứa photpho hữu chất độc thần kinh thuốc trừ sâu gây ức chế enzyme này, từ tạo nên độc tính AChE thuộc họ enzyme carboxylesterase Cấu tạo Đây enzyme xúc tác phân hủy acetylcholine số este choline khác Acetylcholinesterase gồm phần acetic acid choline gắn vào với Cách phát thuốc trừ sâu Enzyme acetylcholinesterase (AchE) xúc tác thủy phân chất acetylcholin thành cholin ãitaxetic Axit acetic phản ứng với chất thị màu màu vàng Dựa vào đặc tính ức chế enzyme acetylcholinesterase loại thuốc trừ sâu thuộc nhóm phospho hữu carbamate: Khi cho enzyme acetylcholinesterase vào mẫu phân tích có chứa dư lượng thuốc trừ sâu phospho hữu cơ, carbamate kìm hãm hoạt động enzyme hàm lượng axit acetic giảm, màu bị thay đổi Dựa vào đổi màu so với mẫu ddooois chứng thuốc trừ sâu thang màu chuẩn định tính bán định lượng thuốc trừ sâu mẫu phân tích Chương Kết luận xu hướng phát triển I Kết luận Ta thấy enzyme bị kìm hãm đặc hiệu, nhạy với chất đó, dùng enzyme để phát định lượng chất Điều giúp ích nhiều lĩnh vực đời sống y khoa, môi trường, sinh học, Việc sản xuất chế phẩm enzyme loại phát triển mạnh mẽ qui mô công nghiệp, không ngừng tăng khối lượng, chủng loại lĩnh vực ứng dụng Hàng nghìn chế phẩm enzyme bán thị trường giới, chế phẩm khai thác tinh chế có mức độ tinh khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp ứng dụng Các chế phẩm enzyme ứng dụng lĩnh vực khác y học, hố học, thực phẩm, mỹ phẩm, nơng nghiệp lĩnh vực khác II Xu hướng phát triển: Các enzyme chiết xuất từ nguồn vi sinh vật, động vật thực vật, đó, phần lớn sản xuất từ vi sinh vật sử dụng phương pháp vi sinh cách kinh tế để sản xuất enzyme quy mô lớn Với công nghệ sản xuất enzyme truyền thống, enzyme tách chiết từ quan động vật, nguyên liệu thực vật sau nghiền từ q trình lên men vi sinh vật quy mơ lớn Các enzyme phải trải qua trình tinh chế cách sử dụng nhiều kỹ thuật hóa học, học nhiệt học, đặc, kết tủa, ly tâm, lọc sắc ký Sau tinh chế đến mức mong muốn, enzyme cô đặc bào chế thành sản phẩm cuối Các chế phẩm enzyme cuối thường bán thị trường dạng hạt dạng lỏng Enzyme trạng thái khô ổn định nhiều so với trạng thái dung dịch Sấy phun công nghệ sử dụng nhiều thập kỷ phương thức sản xuất phổ biến cho sản phẩm enzyme cơng nghiệp Bên cạnh chế độ sấy khác đông lạnh, chân không Các sản phẩm enzyme rắn bào chế dạng viên nang, viên nén Với phát triển công nghệ enzyme kỹ thuật di truyền protein, việc sản xuất enzyme công nghiệp trở nên dễ dàng, với giá thành thấp hơn, đồng thời chất lượng hiệu cao Sự đời kỹ thuật di truyền, công nghệ DNA tái tổ hợp bước đột phá quan trọng sản xuất enzyme suốt 30 năm qua Kỹ thuật di truyền liên quan đến việc thay đổi gen vi sinh vật mã hóa protein Sự biểu enzyme tăng lên đáng kể sử dụng hệ thống biểu mạnh nhiều Các enzyme tiếp cận trước nhân sản xuất từ sinh vật chủ biết đến Bằng cách này, enzyme từ hầu hết nguồn tự nhiên tiếp cận được, bao gồm enzyme từ vi sinh vật nguy hiểm không chấp thuận, từ mô thực vật, động vật sinh trưởng chậm hạn chế Kỹ thuật protein công cụ quan trọng sử dụng để tăng cường hoạt tính enzyme tính chọn lọc chất, bền nhiệt Nó tạo cách mạng phát triển enzyme có sẵn thị trường thành chất xúc tác công nghiệp tốt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]https://www.tuyenlab.com/2016/02/3-phuong-phap-enzym-dung-e-xetnghiem.html?m=1&fbclid=IwAR10rrNjMFBSovpLNjjqFrWgCaRXUL7s1mPvaIz lXNULLK0NWG6uFEwL44Y [2]https://baocantho.com.vn/cam-bien-phat-hien-du-luong-thuoc-tru-saua79355.html [3] https://3bscitech.com.vn/thuoc-bvtv-tren-rau-qua-1-2-1818615.html [4] http://giaoanmau.com/giao-an/de-tai-nghien-cuu-phuong-phap-su-dungenzyme-peroxidase-tach-chiet-tu-cu-cai-trang-de-xac-dinh-ham-luong-thuy-ngantrong-36188/ [5]https://repository.vnu.edu.vn/flowpaper/simple_document.php?subfolder=32/52 /39/&doc=3252397633558472644493511523082376165&bitsid=dc81805f-abdb4e5c-ac29-9bd328a542fb&uid= [6] https://vjst.vn/vn/tin-tuc/4509/enzyme-cong-nghiep-trong-the-ky-xxi*.aspx [7] https://nguyenlieuhoaduoc.vn/ung-dung-cua-enzyme-trong-doi-song/ [8] https://vi.wikipedia.org/wiki/Enzym ... http://giaoanmau.com/giao-an/de-tai-nghien-cuu-phuong-phap-su-dungenzyme-peroxidase-tach-chiet-tu-cu-cai-trang-de-xac-dinh-ham-luong-thuy-ngantrong -36 188/ [5]https://repository.vnu.edu.vn/flowpaper/simple_document.php?subfolder =32 /52 /39 /&doc =32 5 239 7 633 5584726444 935 115 230 8 237 6165&bitsid=dc81805f-abdb4e5c-ac29-9bd328a542fb&uid=... chứng bệnh lí, gọi bệnh rối loạn chuyển hóa Chương Ứng dụng enzyme hóa phân tích I Xét nghiệm hàm lượng Glucose máu Phương pháp phổ biến dùng enzyme để đánh giá tình trạng rối loạn chuyển hóa. .. hoạt tính enzyme V Vai trò enzyme Chương Ứng dụng enzyme hóa phân tích I Xét nghiệm hàm lượng Glucose máu Enzyme Glucose oxydase (GOD) Enzyme Hexokinase