Bài giảng Ứng dụng Protein enzyme trong y học
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
********&********
Tạo chữ GIF
Trang 2II NỘI DUNG
III KẾT LUẬN
Trang 6Khái ni m: Enzyme c đ nh là enzyme đ c gi i h n hay khu ệm: Enzyme cố định là enzyme được giới hạn hay khu ố định là enzyme được giới hạn hay khu ịnh là enzyme được giới hạn hay khu ược giới hạn hay khu ới hạn hay khu ạn hay khu
bi t v m t v t lý m t vùng không gian nh t đ nh nh ng ệm: Enzyme cố định là enzyme được giới hạn hay khu ề mặt vật lý ở một vùng không gian nhất định nhưng ặt vật lý ở một vùng không gian nhất định nhưng ật lý ở một vùng không gian nhất định nhưng ở một vùng không gian nhất định nhưng ột vùng không gian nhất định nhưng ất định nhưng ịnh là enzyme được giới hạn hay khu ư
v n gi đ c ho t tính xúc tác và có th đ c s d ng l p đi ẫn giữ được hoạt tính xúc tác và có thể được sử dụng lặp đi ữ được hoạt tính xúc tác và có thể được sử dụng lặp đi ược giới hạn hay khu ạn hay khu ể được sử dụng lặp đi ược giới hạn hay khu ử dụng lặp đi ụng lặp đi ặt vật lý ở một vùng không gian nhất định nhưng
l p l i/liên t c trong/sau m t quá trình xúc tác ặt vật lý ở một vùng không gian nhất định nhưng ạn hay khu ụng lặp đi ột vùng không gian nhất định nhưng
Các phương pháp cố định enzyme Enzyme cố định
6
Trang 7 Cảm biến sinh học là thiết bị sử dụng các tác nhân sinh
học để phát hiện,đo đạc hoặc phân tích hoá chất
o Đầu thu sinh học: có tác dụng bắt cặp và phát hiện sự có
mặt của các tác nhân sinh học cần phân tích
o Tác nhân cố định: giúp gắn các đầu thu lên trên điện cực
o Bộ phận chuyển đổi tín hiệu: giúp chuyển các biến đổi sinh học thành các tín hiệu có thể đo đạc được
o Bộ phận xử lý, đọc tín hiệu ra: bộ phận này có tác dụng
chuyển thành các tín hiệu điện để máy tính và các thiết bị
Trang 9A: Sử dụng glucose oxidase để đo hàm lượng
glucose trong máu
Cơ chế hoạt động
gluose trong máu thường xuyên để xác định sự dao động của nồng độ glucose có thể tăng hay giảm trong máu từ đó đưa ra cách điều trị bệnh hợp lý Sử dụng glucose biosensor để đo nồng độ đường trong máu
Biosensor
Trang 10B Sử dụng urease để chuẩn đoán hàm lượng
ure trong máu
Hàm lượng ure được tích tụ nhiều trong cơ thể sẽ dẫn đến ngộc độc Khi có mặt của enzyme urease thì ure bị thành amoniac và carbon dioxide, từ đó phản ứng có thể được kiểm soát bởi sự thay đổi của các ion theo thời gian Độ dẫn điện này tương ứng với nồng độ ion hình thành trong suốt quá trình phản ứng Sử dụng thiết bị cảm biến sinh học có thể đo được nồng độ ion hình thành, từ đó có thể chẩn đoán được nồng độ ure trong máu
10
Trang 11C: Chẩn đoán bệnh sử dụng ezyme cố định kết hợp với
phương pháp ELISA
Peroxidase được cố định trên polystyren cùng với kháng thể
hoặc kháng nguyên gây bệnh giúp chuẩn đoán nhanh và chính xác
Các chế phẩm này đã được
thương mại hóa như xét
nghiệm ELISA để chuẩn đoán
virus siêu vi B, C, virus HIV
Trang 13 Hiện nay có khoảng 60 enzyme đã được dùng
trong điều trị có trên thị trường, hoặc đang ở giai đoạn thử nghiệm lâm sàng
• Hơn 50 enzyme thuộc lớp hydrolase (các E thủy phân)
• 2 enzyme thuộc lớp oxidoreductase: urate oxidase
superoxide dismutase tự nhiên và tái tổ hợp
• Một enzyme của lớp transferase là yếu tố đông máu XIIIa:
amine -glutamyltransferaseglutamyltransferase
• 1 enzyme thuộc lớp lyase là uroporphyrinogen-glutamyltransferase1-glutamyltransferasesynthase
tái tổ hợp
Trang 14Asparaginase 3.5.1.1 L-Asparagine H 2 O L-aspartate + NH 3 Ung thư
Collagenase 3.4.24.3 Collagen hydrolysis Loét da Glutaminase 3.5.1.2 L-Glutamine H 2 O L-glutamate + NH 3 Ung thư
Hyaluronidase a 3.2.1.35 Hyaluronate hydrolysis Đau tim Lysozyme 3.2.1.17 Bacterial cell wall hydrolysis Kháng sinh Rhodanase b 2.8.1.1 S 2 O 3 2- + CN - SO 3 2- + SCN - Ngộ độc
Cyanide Ribonuclease 3.1.26.4 RNA hydrolysis Kháng khuẩn β-Lactamase 3.5.2.6 Penicillin penicilloate Penicillin Dị ứng Streptokinase c 3.4.22.10 Plasminogen plasmin Cục máu đông
Trypsin 3.4.21.4 Protein hydrolysis Bệnh viêm Uricase d 1.7.3.3 Urate + O 2 allantoin Gout
Urokinase e 3.4.21.31 Plasminogen plasmin Cục máu đông
Bảng 1 Một số enzyme sử dụng trong điều trị bệnh 14
Trang 15Các enzyme được dùng với tính chất bổ trợ, phối hợp với các phương pháp điều trị khác, hoặc để loại bỏ các chất độc, các chất không mong muốn khỏi máu hoặc mô, loại bỏ các vi sinh vật và chữa lành các vết thương
bệnh viêm khớp, polyarthritis, asthma
Trang 16Urate oxidase
Superoxide dismutase
có thể phá hủy tế bào và
mô, tác dụng loại độc tố của ROS, điều trị bệnh ostheoarthritis, radiation
cystitis
16
Trang 17 Enzyme duy nhất của lớp này được dùng trong điều trị là
yếu tố đông máu XIIIa
• Tồn tại trong máu ở dạng proenzyme
• Vào giai đoạn cuối cùng của quá trình đông máu: nó
được hoạt hóa nhờ thrombin, tạo thành dạng hoạt động
XIIIa (transglutaminase) xúc tác cho sự tạo thành liên kết
chéo của các monomer fibrin bằng cách tạo thành liên kết -(-lutamyl) lysine giữa các phân tử
Trang 18:phần lớn các enzyme thủy phân (lớp 3) đã được
dùng trong điều trị như
phân
hủy p
roteinmôi trường acid
18
Trang 19 Trypsin (EC 3.4.21.4) là một
protease serine được tìm
thấy trong hệ tiêu hóa động
vật có xương sống
tuyến tụy là trysinogen là một
proenzyme không có hoạt
Trang 20 Cysteine protease (EC.3.4.22) là nhóm protein có trọng lượng phân tử trong khoảng 21 – 30 kDa, các loại protein có khả năng xúc tác để loại bỏ các liên kết peptide, amide, esterthiol
này được ứng dụng rộng rãi trong y học như:
• papain
• bromelain
• ficain
20
Trang 21Papain: papain là một loại
enzyme được lấy ra từ mủ của
quả đu đủ xanh
Papain giúp tiêu hóa các thức ăn
giàu protein làm thành phần của
một số thuốc chữa biếng ăn và
ăn không tiêu ứng dụng vào việc
Trang 22Bromelain: là một loại enzyme
được chiết xuất từ thân và quả cây
dứa
Thành phần chính của bromelain là
sunlfhydryl thủy phân protein, ngoài
ra trong dịch chiết của protein còn có
phosphatase axit, các chất ức chế
protease
Hỗ trợ các bệnh về đường tiêu hóa
Việc kết hợp sử dụng bromelain với potassium và magnesium
có thể làm giảm tai biến và nhồi máu cơ tim…
22
Trang 23 Streptokinase được sản xuất bởi
được sử dụng trong điều trị bệnh
nhồi máu cơ tim
mới sảy ra nhồi máu cơ tim, thì
Streptokinase có thể ngăn chặn
hoặc giảm đáng kể các tổn
thương cho tim
Ngoài việc sử dụng streptokinase để chữa trị bệnh nhồi máu
cơ tim cấp tính còn có thể sử dụng một số enzyme khác như
urokinase (E.C.3.4.21.73)….
Trang 24 Ứng dụng trong điều trị ung thư : Asparaginase, glutaminase,
serine dehydratase, arginase và leucine dehydrogenase.
Asparaginase (3.5.1.1)
bệnh ung thư Nó xúc tác thông qua phản ứng
L-Asparagine + H2O L-aspartate + NH3
nó trong máu, do đó kìm hãm sự tăng trưởng của các tế
bào ung thư
là vi sinh vật, tuy nhiên có lẽ enzyme tách từ người sẽ là lí
tưởng nhất
24
Trang 25 Tương lai có thể dùng công nghệ
DNA tái tổ hợp để sản xuất
asparaginase của người
Nhược điểm: tuổi thọ ngắn
Ưu điểm: điều trị ung thư tốt
Một số nghiên cữu đã có thể
cải thiện được tuổi thọ của
enzyme L-glutamyltransferaseasparaginase trong
hồng cầu (kéo dài tới 28 ngày)
Giả thiết về sự vận chuyển enzyme
và các tế bào hồng cầu nhờ ưu trương và nhược trương
Trang 26Một loạt bệnh rối loạn trao đổi chất được biết là
do sự thiếu hụt enzyme hoặc mất chức năng
của các enzyme, do các gen bị đột biến.
Ví dụ:
Bệnh bạch tạng
là do sự vắng mặt của tyrosinase
Ví dụ:
Bệnh bạch tạng
là do sự vắng mặt của tyrosinase
26
Trang 27Sự thiếu hụt phenylalaine hydroxylase gây ra bệnh
Phenylketonuria (PKU), nếu không được điều trị sẽ
dẫn đến chậm phát triển trí tuệ rất nặng ở tre em
Ví dụ: Bệnh Gaucher loại 1, cơ thể thiếu enzyme
glucocerebro osidase
một kiểu khác của enzyme, được gọi chung là
alglucerase
Trang 28Galactose 1-phosphate Uridylyltransferase (2.7.7.10)
Glycogen storage disease type V Muscle glycogen phosphorylase (2.4.1.1)
Pentosuria (Pentose-niệu) L-xylulose reductase (1.1.1.9)
Fructosuria (Fructose-niệu) Fructokinase (2.7.1.4)
Butyrylcholinesterase deficiency Butyrylcholinesterase (3.1.1.8)
Acatalasaemia (thiếu catalase huyết)
Trang 29Để điều trị các bệnh này thì có nhiều cách, nhưng cách được cho là hiệu quả nhất là bổ xung enzyme và cơ thể, đưa enzyme vào đúng đích nơi mà nó thực hiện chức năng trong cơ thể bình thường.
Ví dụ: đối với bệnh nhân thiếu lactase (β-glutamyltransferaseglactosidase,
enzyme phân giải lactose của sữa) không thể sử dụng sữa làm thức ăn, có thể khắc phục bằng cách: loại sữa khỏi thức ăn của bệnh nhân, hay sử dụng chế phẩm lactase của vi sinh vật để tiêu hóa lactose như
cơ thể bình thường
Trang 303030
Trang 31• Hoạt hóa các tiền chất thuốc (pro-drug):
Dùng để điều trị ung thưCác tiền chất thuốc là những thuốc đã được biến đổi hóa học sao cho không có tác dụng trong suốt chặng đường
đi đến tế bào hoặc mô đích và khi đến cơ quan đích nó sẽ được hoạt hóa
Ví dụ: Methotrexate có cấu trúc tương tự như acid folic,
là chất kìm hãm cạnh tranh của dihydrofolate (cofactor quan trọng để tổng hợp dTMP, tiền chất của ADN) nên nó có tác dụng rất độc đối với các tế bào phân chia nhanh như các tế bào ung thư
kết hợp thuốc với một số chất để biến nó thành dạng
“trơ” Các enzyme tìm đến vị trí đích và hoạt hóa tiền chất thuốc
Trang 32Amino peptidase (3.4.11) 2-(L-α-aminoacyl) methotrexate methotrexate
Một số enzyme thường được dùng để hoạt hóa pro-glutamyltransferasedrug: 32
Trang 34- Dễ bị biến tính dưới tác dụng của nhiệt, pH
acid hay kiềm mạnh, các chất gây biến tính
mạnh
- Tác dụng phân hủy enzyme của tế bào và cơ
thể sống, phản ứng loại bỏ protein lạ của cơ thể
34
Trang 35Protein là nền tảng tạo nên sự sống, việc ứng dụng enzyme trong y học đã đưa lại hiệu quả vô cùng to lớn trong việc điều trị cũng như chuẩn đoán bệnh
Mặc dù việc sử dụng enzyme trong y học có những nhược điểm như không bền, tuy nhiên đã và đang có rất nhiều các nghiên cứu làm tăng độ bền của enzyme như việc cải biến đầu N của phân tử enzyme, làm tăng số lượng cầu nối disulfit,
Enzyme được sử dụng trong y học với liều lượng rất nhỏ và độ tinh sạch cao Do vậy, đưa enzyme vào trong cơ thể
để chữa bệnh thiếu hụt enzyme thì bản thân các enzyme này
đã có mặt ở trong cơ thể, sẽ không phải là protein lạ và hạn chế việc thải loại enzyme
Trang 36 Cùng với sự phát triển của khoa
học công nghệ, enzyme được sản
xuất ở quy mô công nghệ cao sẽ
giảm chi phí sản xuất và giá thành
sản phầm và được ứng dụng rộng
rãi hơn nữa
36