CHUYÊN ĐỀ 2 CÔNG NGHỆ ENZYME VÀ ỨNG DỤNG BÀI 5 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ ENZYME A/ Câu hỏi mở đầu Mở đầu trang 27 Chuyên đề Sinh học 10 Các sản phẩm trong hình trên đều là những ví dụ về sản phẩm ứng dụ[.]
CHUYÊN ĐỀ 2: CÔNG NGHỆ ENZYME VÀ ỨNG DỤNG BÀI 5: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ ENZYME A/ Câu hỏi mở đầu Mở đầu trang 27 Chuyên đề Sinh học 10: Các sản phẩm hình ví dụ sản phẩm ứng dụng cơng nghệ enzyme Vậy cơng nghệ enzyme mà sản phẩm lại ứng dụng nhiều lĩnh vực khác đời sống đến vậy? Trả lời: - Công nghệ enzyme quy trình kĩ thuật tách chiết tinh enzyme dùng cho nghiên cứu ứng dụng thực tiễn - Các chế phẩm enzyme sử dụng nhiều lĩnh vực đời sống như: sản xuất thuốc chữa bệnh, chế biến thức ăn cho người gia súc, xử lí nhiễm mơi trường, sản xuất bột giặt chất tẩy rửa,… B/ Câu hỏi I THÀNH TỰU CỦA NGÀNH CÔNG NGHỆ ENZYME Dừng lại suy ngẫm trang 30 Chuyên đề Sinh học 10: Em liệt kê thành tựu bật công nghệ enzyme qua thời kì cách hồn thiện thơng tin theo mẫu bảng Thời kì Thành tựu ? ? Trả lời: Thành tựu bật công nghệ enzyme qua thời kì: Thời kì Thành tựu Thời kì khởi đầu Tìm trình lên men, chất lên men: công nghệ enzyme - Phát trình lên men rượu so sánh với tiêu hóa thức ăn thể - Ứng dụng enzyme thủy phân protein có nguồn gốc từ thực vật dùng đu đủ để làm mềm thịt chữa bệnh chốc lở Từ kỉ XIX đến - Thu tách enzyme xúc tác trình lên men năm 30 phân giải chất hữu tinh bột, protein kỉ XX - Phát nước chiết mầm đại mạch có khả chuyển hóa tinh bột thành đường điều kiện nhiệt độ phòng - Thu chế phẩm enzyme amylase dạng dung dịch dạng bột - Tách chiết tinh lượng lớn enzyme Từ năm 30 - Sản xuất nhiên liệu sinh học hệ thứ hai từ bã mía, kỉ XX đến rơm, cỏ,… nhờ enzyme cellulase - Sản xuất enzyme làm chín trái cây, tạo mùi hương thay chất hóa học độc hại - Nghiên cứu thành công enzyme thủy phân rác thải nhựa thời gian ngắn, mở triển vọng xử lí mơi trường công nghệ enzyme tương lai - Nghiên cứu sử dụng enzyme lĩnh vực y tế: enzyme giới hạn, enzyme Cas9,… Dừng lại suy ngẫm trang 30 Chuyên đề Sinh học 10: Thành tựu công nghệ enzyme giai đoạn từ năm 30 kỉ XX đến giải vấn đề thực tiễn? Trả lời: Từ năm 30 kỉ XX đến nay, công nghệ enzyme phát triển lên tầm cao giải nhiều vấn đề phục vụ cho thực tiễn như: - Xử lí phế phụ phẩm từ nơng nghiệp bã mía, rơm rạ, cỏ, để sản xuất nhiên liệu sinh học hệ thứ hai nhờ ứng dụng hoạt động enzyme cellulase - Sản xuất enzyme làm chín trái cây, tạo mùi hương thay hợp chất hóa học độc hại - Mở triển vọng xử lí rác thải nhựa cơng nghệ enzyme - Nghiên cứu thành công enzyme cắt giới hạn, khởi đầu cho thành tựu y học tái tổ hợp gene - Nghiên cứu hệ enzyme CRISPR/Cas sử dụng để sửa chữa DNA bệnh lí di truyền người, biệt hóa tế bào gốc thành nhiều loại tế bào khác nhau, tạo sinh vật biến đổi gene với hiệu cao II CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME Dừng lại suy ngẫm trang 32 Chuyên đề Sinh học 10: Quan sát hình 5.3, mơ tả cấu trúc hoạt động enzyme dị lập thể Trả lời: Cấu trúc hoạt động enzyme dị lập thể: - Enzyme dị lập thể loại enzyme cấu trúc có vài vị trí dị lập thể Trung tâm hoạt động tiếp nhận chất để xúc tác cho phản ứng, vị trí dị lập thể liên kết với chất tác dụng để điều chỉnh hoạt động xúc tác (ức chế hay tăng cường) enzyme - Phân tử enzyme dị lập thể có loại vị trí dị lập thể dương, loại vị trí dị lập thể âm hai Trong thể sống, vị trí dị lập thể âm quan trọng phổ biến, thường thể chế ức chế ngược để đảm bảo tế bào không tạo chất thừa so với nhu cầu Dừng lại suy ngẫm trang 32 Chuyên đề Sinh học 10: Phân tích đặc tính ưu việt enzyme để sở khoa học việc ứng dụng công nghệ enzyme lĩnh vực khác đời sống Trả lời: Những đặc tính ưu việt enzyme sở khoa học việc ứng dụng công nghệ enzyme lĩnh vực khác đời sống: - Enzyme có trung tâm hoạt động liên kết đặc hiệu với chất Do đó, mỡi enzyme tác động lên hay số chất có cấu hình khơng gian tương ứng tạo nên tính đặc hiệu enzyme - Một số enzyme có vùng cấu trúc dị lập thể, liên kết với chất hoạt hóa dị lập thể để ức chế tăng cường hoạt động enzyme Do đó, ứng dụng điều trị bệnh chủ động sản xuất chế phẩm với số lượng mong muốn - Enzyme có điều kiện hoạt động ơn hịa Đồng thời, nhờ khả làm giảm lượng hoạt hóa, phản ứng có enzyme xúc tác xảy nhanh nhiều lần so với xúc tác chất hóa học khác; enzyme có khả xúc tác chuyển hóa cho lượng chất lớn với lượng enzyme nhỏ Do đó, enzyme sử dụng lĩnh vực sản xuất sẽ tiết kiệm chi phí, thời gian giúp tăng hiệu sản xuất, hạ giá thành sản phẩm - Nguồn nguyên liệu để thu nhận enzyme rẻ tiền; dễ kiếm; không gây độc cho người, sinh vật khác môi trường Luyện tập vận dụng trang 33 Chuyên đề Sinh học 10: Giải thích chế hoạt động enzyme dị lập thể hình sau: Trả lời: Enzyme hình có vị trí trung tâm hoạt động vị trí dị lập thể: - Khi khơng có chất hoạt hóa dị lập thể liên kết vị trí liên kết dị lập thể, chất liên kết với trung tâm hoạt động enzyme cấu trúc trung tâm hoạt động khơng tương thích dẫn đến enzyme bị bất hoạt - Khi chất hoạt hóa dị lập thể liên kết vị trí dị lập thể, làm cho cấu hình trung tâm hoạt động enzyme thay đổi, trung tâm hoạt động lúc tương thích với chất, enzyme hoạt động xúc tác phản ứng để tạo thành sản phẩm Luyện tập vận dụng trang 33 Chuyên đề Sinh học 10: Hãy phân tích mơ hình hoạt động enzyme chất theo Fisher (1894) theo Koshland (1958) hình dưới, tìm điểm giống khác hai chế hoạt động Trả lời: - Điểm giống hai mơ hình hoạt động enzyme chất: Khi chất có cấu trúc phù hợp với trung tâm hoạt động phản ứng xảy - Khác nhau: Mơ hình hoạt động enzyme Mơ hình hoạt động enzyme theo Fisher theo Koshland Trung tâm hoạt động khơng có biến Có thay đổi hình dạng trung đổi hình dạng giai đoạn tạo phức tâm hoạt động giai đoạn tạo phức hợp enzyme – chất hợp enzyme – chất Luyện tập vận dụng trang 34 Chuyên đề Sinh học 10: Phosphofructokinase – enzyme quan trọng điều khiển trình đường phân, hoạt hóa dị lập thể AMP fructose 2,6 – bisphosphate Nồng độ hai chất tăng nguồn lượng dự trữ tế bào giảm a) Dựa vào sơ đồ điều hòa, nêu chế hoạt hóa enzyme phosphofructokinase – b) Giả sử, nhà khoa học nghiên cứu để tạo loại thuốc giảm béo dựa hoạt động fructose 2,6 – bisphosphate Các phân tử thuốc sản xuất dựa chế làm tăng lực với fructose 2,6 – bisphosphate Hãy giải thích chế giảm béo loại thuốc Trả lời: a) Cơ chế hoạt hóa phosphofructokinase – 1: - Phosphofructokinase – enzyme quan trọng điều khiển trình đường phân, hoạt hóa dị lập thể AMP fructose 2,6 – bisphosphate Khi nồng độ hai chất tăng sẽ xúc tác chuyển hóa fructose – phosphate - Ngược lại, ATP citrate chất ức chế enzyme phosphofructokinase – nên hai chất tăng sẽ ức chế chuyển hóa fructose – phosphate Khi fructose – phosphate dư thừa không chuyển hóa sẽ tạo thành fructose 2,6 – bisphosphate, chất lại kích thích hoạt động enzyme giúp tăng cường chuyển hóa fructose – phosphate b) Cơ chế giảm béo loại thuốc này: Thuốc giảm béo làm tăng lực với đường fructose 2,6 – bisphosphate dẫn đến làm giảm nồng độ fructose 2,6 – biphosphate, từ tăng cường chuyển hóa fructose – phosphate để tạo fructose 2,6 – bisphosphate Quá trình tiêu tốn ATP, ATP sẽ giảm ức chế hoạt động enzyme phosphofructokinase – 1, từ làm tăng cường chuyển hóa đường phân, hạn chế tích lũy lượng dư thừa dạng lipid, giúp thể giảm béo ... enzyme – chất hợp enzyme – chất Luyện tập vận dụng trang 34 Chuyên đề Sinh học 10: Phosphofructokinase – enzyme quan trọng điều khiển trình đường phân, hoạt hóa dị lập thể AMP fructose 2,6 – bisphosphate... thu nhận enzyme rẻ tiền; dễ kiếm; không gây độc cho người, sinh vật khác môi trường Luyện tập vận dụng trang 33 Chuyên đề Sinh học 10: Giải thích chế hoạt động enzyme dị lập thể hình sau: Trả... trang 32 Chuyên đề Sinh học 10: Phân tích đặc tính ưu việt enzyme để sở khoa học việc ứng dụng công nghệ enzyme lĩnh vực khác đời sống Trả lời: Những đặc tính ưu việt enzyme sở khoa học việc