tiểu luận học phần sinh hoá protease và ứng dụng

MỞ ĐẦU: Enzyme Protease - một tác nhân tự nhiên, giữa thế giới nhỏ bé của các phân tử, nhưng lại mang theo những tiềm năng lớn cho sự đổi mới và phát triển trong nghiên cứu khoa học và c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

KHOA SINH HỌC

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN SINH HOÁ

LOP HOC PHAN: 2311BIOL1401

PROTEASE VA UNG DUNG

Nhom thuc hién:

Đặng Bá Phuée — 46.01.301.097 Tran Anh Duong — 47.01.301.042 Thái Như Y — 47.01.301.104 Tran Thi Ngoc Yén — 47.01.301.106

Nguyễn Trần Thanh Thương — 48.01.301.029

Hoc ki I, nam hoc 2023 — 2024

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi cam đoan tiêu luận này là công trình nghiên cứu của chúng tôi

Kết quả trình bày trong tiểu luận là trung thực và chưa được các tác giả công

bố trong bắt kì công trình nào

Các trích dân về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của những tác giả khác; tailiéu tham khảo trong tiểu luận đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định

TP Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 12 năm 2023

N00 I

TL TONG QUAN ceccccccccseceessessessesseserseesecsessevsussissessessnsersenssssessevsnssssesinssnsensseses 3

I Định ngihĩa - 2L 2G 2221122011211 11211 152111511 11811 12 1110111191118 011 011111122 xk 3

2 Vai trò sinh học của enzyime Protease - c1 201121122111 11 1221111122 k2 3

II PHẦN LOẠI PROTEASE -5522222222211222112211122211221112221122212211 21 e6 4

II NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC -22:-222c222sc2zzxszve2 6

I Các công trình nghiên cứu tiêu biỀu 5c 5c 2 S1211111111111115 1111111 1 rcet 6

2 Xu hướng nghiên cứu hiện nay - - 5c 2 1222111231 1131 111111211111 111 1121 e2 7

TV NGUÔN THU ENZYME - S21 211E111 111211 1211121212101221 21 1g 8

V._ CHIẾT XUẤT VÀ TINH SẠCH ¿:22222222222221222211222111221122212221 II

I._ Nguồn gốc của prOt€aSe s.nTnTn TS 1 EE211112111111211 112121 tre 12

2 Phương pháp tách chiết và tỉnh chế protease mới s- 5 2s x22 zz 13

VI ỨNG DỤNG PROTEASE 2-2222: 222122221222211222112211122212121 2121 c0 13

I Trong công nghiệp thực phẩm 5: S1 E1 11EE1E117121171E112111211111.11 E2 ce 13

2 Trong công nghiệp được phẩm -s- 2 S1 11E111111111111111171111 1118 ru 14

3 Trong công nghiệp khác - c2 1 22111211 12111121118 1112211111181 1111 gà 14

KẾT LUẬN -222:22222222122221122211121112111222111221 2112111211121 re 17

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU:

Enzyme Protease - một tác nhân tự nhiên, giữa thế giới nhỏ bé của các phân

tử, nhưng lại mang theo những tiềm năng lớn cho sự đổi mới và phát triển trong nghiên cứu khoa học và công nghiệp Khả năng phân giải các liên kết peptide trong protein đã làm cho Enzyme Protease trở thành một yếu tố chủ chốt, không thể phủ nhận, trong nhiều lĩnh vực ứng dụng Từ ngành thực phâm đến y học và công nghiệp, Protease đang mở ra những cảnh cửa mới, mô phỏng sự mạnh mẽ và linh hoạt của tự nhiên để phục vụ con người

Với khả năng tác động chính xác lên các cấu trúc protein, Protease không chỉ làm thay đổi cách chúng ta hiểu về sinh học phân tử mà còn mở ra một loạt các ứng dụng tiềm năng Điều này có thể được thấy rõ trong việc sử dụng Protease trong ngành thực phẩm để cải thiện chất lượng và sự tiêu thụ, từ việc làm mềm thực phẩm đến việc tăng cường hương vị và khả năng hấp thụ dưỡng chất Nhìn xa hơn, Enzyme Protease đang chứng minh vai trò quan trọng trong lĩnh vực y học, nơi mả khả năng phân hủy protein có thê được tận dụng đề điều trị các bệnh lý liên quan đến sự cồn cộc của protein, như các loại ung thư và các bệnh tat neurodegenerative Việc hiểu rõ cơ chế hoạt động của Protease có thế mở ra những khả năng mới về điều trị và ngăn chặn sự phát triên của các bệnh lý phức tạp Trong ngữ cảnh công nghiệp, Enzyme Protease không chỉ là một thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất mà còn là chìa khóa mở cánh cửa cho sự tiết kiệm và hiệu quả năng lượng

Sự linh hoạt và hiệu suất của Protease đã chứng minh giá trị của nó trong việc tạo ra sản phẩm với chất lượng cao và chi phí thấp, mở đường cho một cuộc cách mạng trong quá trình sản xuất công nghiệp hiện đại

Mặc dù đã có những thành công đáng kế, nhưng còn nhiều thách thức đối mặt với sự ứng dụng rộng rãi của Enzyme Protease Giá thành và quy trình tỉnh chế vẫn

là những rào cản, đặt ra thách thức đối với cộng đồng nghiên cứu và doanh nghiệp Tuy nhiên, những thách thức này cũng là động lực cho sự đổi mới và sáng tạo, thách thức Chúng ta còn cần phải tìm ra những cách tiếp cận mới, từ cách tạo ra Protease hiệu quả đến cách tích hợp chúng vào quy trình sản xuất một cách linh hoạt và chi phí hiệu quả

Enzyme Protease không chỉ là một công cụ quan trọng trong phòng thí nghiệm

mà còn là nguồn động viên cho sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp Sự linh hoạt, tính hiệu quả, và tiềm năng của Protease cung cấp một cơ sở cho sự tiến bộ khoa học và công nghiệp Chính vì vậy, với đề tài "Enzyme Protease và ứng dụng của Enzyme Protease", hy vọng sẽ làm sáng tỏ những đặc điểm và tính chất liên quan đến enzyme Protease, cũng như các phương pháp thu nhận, tính chế và ứng dụng thực tế của chúng Hy vọng rằng trong tương lai, lĩnh vực này sẽ nhận được sự quan tâm và nghiên cứu nhiều hơn ở Việt Nam, đóng góp vào việc nâng cao chất lượng cuộc sông của người dân

I TONG QUAN

1 Dinh nghia Enzyme Protease la mét loai enzyme thuéc nhom hydrolase, xuc tac cho qua trinh thuy phan lién két peptit (- CO — NH - ) của phân tử protein và peptit thành các acid amin tự do, một ít peptit ngắn, pepton

H2N- CH~ CO- NH~ CH~ CO- .“ NH~ CH~ COOH CEO ee

Amino Acid Polypeptide Protein

Hình 1: Cầu trúc của Protease

2, Vai tro sinh hoc cua enzyme Protease Enzyme Protease đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh học, có ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của sức khỏe và chức năng cơ bắp trong cơ thé Dưới đây là một số vai trò quan trọng của enzyme Protease trong hệ thống sinh học:

- Tiéu Hoa Protein:

Protease chủ yếu tham gia vào quá trình tiêu hóa protein trong đạ dày và ruột non Chung giup phân giải các protein thành các peptide và amino acid nhỏ hơn, giup cơ thê hấp thụ chúng một cách đễ dàng đề cung cấp nguồn năng lượng và xây đựng các cầu trúc sinh học khác

- Tdi Tao Co Bắp và Mô Tế Bào:

Protease tham gia vào quá trình tái tạo cơ bắp và mô tế bảo Bằng cách phân hủy protein thành amino acid, Protease cung cấp nguyên liệu cần thiết dé tái tạo và xây dựng lại các cầu trúc cơ bắp, tế bào, và protein khác trong cơ thê

- Chong Ji Khuẩn và Nhiễm Trùng:

Enzyme Protease cũng có vai trò trong hệ thống miễn dịch Chúng có khả năng phá hủy màng tế bảo của vi khuẩn và vi rút, giúp ngăn chặn sự lây lan của nhiễm trùng trong co thé

- Piéu Tiét Sinh Hoe:

Protease tham gia vao viéc điều tiết các quá trình sinh học khác nhau Các quá trình này đóng vai trò quan trọng trong sự cân bằng nội tiết và các chu kỳ sinh học khác trong co thé

II PHAN LOAI PROTEASE

Protease (Peptidase) thuộc phân lớp 4 của lớp thir 3 Voi enzym protease thi cd nhiều cách phân loại nhưng ta chỉ dựa vào các đặc điểm sau đề phân loại chúng:

- Dua vao vj tri tac dung cua protease lén cdc peptide trong phan tử protein, người ta chia protease làm 2 nhóm chính:

Exopeptidase: (Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptid,) chủ yếu phân cắt liên kết ở hai đầu mạch - được phân thành 2 loại:

« Amino peptidase: xic tac thuỷ phân liên kết peptid ở đầu N tự đo của chuỗi poly peptid để giải phóng ra một amino acid, một dipeptid hoặc một tripeptid

« - Carboxy peptidase: xúc tác thuỷ phân liên kết peptid ở đầu C của chuỗi poly peptid và giải phóng ra một amrno acid hoặc một ổipepti

Endo peptidase: (Dựa vào động lực hoc của cơ chế xúc tác) Chủ yếu phân giải các liên kết peptide nằm trong phân tử protein tạo thành những đoạn peptde có trọng lượng phân tử nhỏ (polypeptide mạch ngắn, peptone ) Nhóm các protease tiêu hóa chủ yếu ở người và động vật gồm có: pepsin va renin cé trong da day, trypsin va chymotrypsin cia tuyén tuy va niém mac ruột non thuộc nhóm này

- Dựa vào cơ chế thủy giải liên kết peptide liên quan tới cấu trúc đặc biệt của trung tâm hoạt động Protease được chia làm 4 nhóm nhỏ, tên các nhóm này gồm tên của các axit amin quan trọng nhất có vai trò xúc tác trong trung tâm hoạt động enzym:

« Serin profeinase: Là những proteinase chứa nhóm (_OH) của gốc serine trong trung tâm hoạt động Các serin - protease hoạt động ở vùng pH kiềm

và có tính đặc hiệu tương đối rộng Tính đặc hiệu của chúng thể hiện về phía sốc axit amin chứa nhóm (-CO-) của liên kết peptide bị thủy phân Nhóm (- OH-) có vai trò quan trọng với hoạt động xúc tac của enzym

Nhóm này bao gồm 2 nhóm nhỏ chymotripsin và subtilisin

¢ Nhóm Chymotripsin: bao gồm các enzyme động vật như chymotripsin, tripsin, elastase

¢ Nhóm subtilisin: bao gồm 2 loại enzyme vi khuẩn như subtilisin carlsberg, subtilisia BPN Các serine proteinase thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính và thê hiện đặc hiệu cơ chất tương đối rộng Cyteim proteinase: Cac proteinase chứa nhóm (—SH) của cystein trong trung tâm hoạt động Nhóm (-SH) nay có vị trí đặc biệt trong trung tâm hoạt động xúc tác của enzym vì nó có khả năng phản ứng cao, tham gia nhiều biến đối hoá học như oxy hóa, phosphoryl hóa Các cysteine - protease thường hoạt động mạnh ở pH trung tính và có tính đặc hiệu rộng, chúng chỉ hoạt động khi nhóm (-SH-) trong trung tâm hoạt động không bị bao vay Vi dụ như một sốion kim loại nặng đặc biệt là các muối thủy ngân và các chất như iodacetamid có tác dụng ức chế eystein - protease còn các chất oxy hóa như: 1od, H2O2, Có khả năng gan voi ion kim loai nên thường làm tăng độ bên của enzym nhóm này

Cystein protease bao gồm các proteinase thực vật như papayin, bromelin, m6t vai proteinase déng vat va proteinase ky sinh tring Cac Cystein proteinase thường hoạt động ở vùng PH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chất rộng

Aspatic proteinase:

Là những protease chứa nhóm (-COOH) cua axit aspartic trong trung tâm hoạt động, đóng vai trò xúc tác trong trung tâm hoạt động của enzym, hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm pepsin Nhóm pepsin bao gồm cac enzyme tiéu hoa nhu: pepsin, chymosin, cathepsin, renin Cac aspartic

- protease thường hoạt động mạnh ở pH axit Chúng có tính đặc hiệu đối với các axit amin vòng thơm hoặc axit amin ky nước ở 2 nhánh của vòng thơm Metallo proteinase:

Là những protease trong trung tâm hoạt động của chúng có các lon kưn loại trực tiếp tham gia phản ứng

Là nhóm proteinase được tìm thấy ở vi khuân, nắm mốc cũng như các vi sinh vật bậc cao hơn Các metallo proteinase thường hoạt động ở vùng PH trung tính và giảm hoạt động mạnh dưới tác dụng của EDTA

- _ Dựa vào thành phần amimo acid và vùng pH tối tu của protease, người ta chia làm các nhóm:

Protease acid: pepsin, ren, hoạt động ở vùng pH acid 2-4

Protease kiềm: tryssin, chymmotrysin, hoạt động ở vùng pH kiém 911 Protease trung tính: như papain từ quả đu đủ, bromelain từ quả dứa, hoạt động ở vùng pH trung tính 7-8

Tuy nhiên, việc tạo ra các loại protease axit, trung tính hay kiểm còn phụ thuộc rất nhiều ở thành phần môi trường hoặc vào cơ chất mà chúng tác dung

- _ Ngoài ra có thê phân làm 2 loại khác:

Enzyme protease nội bào là những enzyme được tiết ra từ bên ngoài hoặc ngoại biên màng protein và được trích ly vào môi trường bằng kĩ thuật trích ly Enzyme protease ngoai bào được thu nhận từ quá trình lên men hoàn tất hoặc ngay quá trình lên men đang diễn ra

= | — | Í- vo |= — ( = | Protease acid | = ( Protease trung tinh |

Hình 2: Sơ đồ về phân loại protease

II ` NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

nước mắm từ nguồn dịch đạm thu hồi được ở điều kiện thủy phân tốt nhất của enzyme protease tir vi khuan Bacillus subtilis

Nghiên cứu của nhóm nghiên cứu tại Đại học Cần Thơ về việc sử dụng enzyme protease tir thit dau tém su _dé san xuat protein thuy phan Nghiên cứu đã cho thay enzyme protease tir thit đầu tôm thẻ có thê thủy phân hiệu quả các protein trong thịt đầu tôm thẻ, tạo thành các sản phẩm protein thủy phân có giá trị đinh dưỡng cao, như peptit, axit amin, oligosaccharide Sản phẩm protein thủy phân này

có thể được sử dụng làm thức ăn bổ sung cho người và động vật, hoặc làm nguyên liệu sản xuất các sản phâm sinh học khác

Nghiên cứu của nhóm nghiên cứu tai Đai học Bách khoa Hà Nôi về việc sử dung enzyme protease tir nam men đề sản xuất các sản phẩm sinh học Nghiên cứu

đã cho thấy enzyme protease từ nắm men có thế được sử dụng để sản xuất các sản phẩm sinh học như:

o San phẩm lên men: enzyme protease có thể được sử đụng để thủy phân các protein trong các sản phẩm lên men, như bia, rượu, phô mai,

o San phẩm được phẩm: enzyme protease có thê được sử dụng đề sản xuất các loại thuốc như thuốc kháng sinh, thuốc tiêu hóa

o San pham my pham: enzyme protease co thé duoc sử dụng để sản xuất các loại mỹ phẩm như sữa rửa mặt, kem du@ng da

Enzyme protease là một loại enzyme có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau Việc nghiên cứu và phát triển enzyme protease là một trong những hướng nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực công nghệ sinh học

2 Xu hướng nghiên cứu hiện nay

Xu hướng nghiên cứu về protease hiện nay tập trung vào các lĩnh vực sau:

« - Nghiên cứu về cấu trúc và chức năng của protease: Đây là lĩnh vực nghiên cứu cơ bản, nhằm hiểu rõ hơn về cấu trúc và chức năng của protease, từ đó

có thê phát triển các enzyme protease mới có hoạt tính cao hơn, bền vững hơn và có khả năng ứng dụng rộng rãi hơn

10

Nghiên cứu về ứng dụng của protease: Đây là lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng, nhăm phát triển các ứng đụng mới của protease trong các lĩnh vực khác nhau, như sản xuất thực phẩm, được phẩm, công nghệ môi trường

Một sô xu hướng cu thê trong nghiên cứu về protease hiện nay bao g6m:

Nghiên cứu về các protease có hoạt tính sinh học cao: Các protease có hoạt tính sinh học cao, như các protease có khả năng chong oxy hóa, kháng khuân, chống viêm có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như y

tế, mỹ phâm, nông nghiệp,

Nghiên cứu về các protease có khả năng ứng dụng trong các quy trình công nghệ sinh học mới: Các protease có khả năng ứng dụng trong các quy trình công nghệ sinh học mới, như các quy trình sản xuất các sản phẩm sinh học

có giá trị, các quy trình chân đoán bệnh có tiềm năng mang lại nhiều lợi

ích cho xã hội

Nghiên cứu về các protease có nguồn gốc từ các loài sinh vật mới: Các protease có nguồn gốc từ các loài sinh vật mới có thế mang lại những tính chất và hoạt tính mới, mở ra những hướng ứng đụng mới cho protease Nghiên cứu về các phương pháp sản xuất protease mới: Các phương pháp sản xuất protease mới, như các phương pháp sản xuất enzyme tái tổ hợp, có thê giúp sản xuất protease với chi phí thấp hơn, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn

Việc nghiên cứu và phát triển protease là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực công nghệ sinh học Với những xu hướng nghiên cứu hiện nay, protease được kỳ vọng sẽ có nhiều ứng dụng mới trong tương lai, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sông của con người

1 Thực vật Các protease thực vật là các enzyme có hoạt tính sinh học cao và nhiêu ứng dụng trong công nghệ sinh học (Troncoso, 2022) Hơn thế, thực vật là nguồn giàu protease tiềm năng, đa đạng các loại cây như khoai tây, lúa mì, ngô, đậu nành, cà chua, đều chứa các protease

11