các kỹ thuật protein sinh học phân tử để cải thiện enzyme theo hướng tăng cường đặc tính và hoạt động xúc tác

Lời nói đầu Trong thể sống, khơng có q trình hóa học lại khơng có liên quan mật thiết đến trình sinh học enzyme xúc tác Có thể nói sống gắn liền với enzyme Ngồi nhóm nhỏ phân tử RNA có hoạt tính xúc tác, enzyme có chất protein; chúng bảo đảm cho trình chuyển hóa chất thể sống tiến hành với tốc độ nhịp nhàng, cân đối, theo chiều hướng xác định Enzyme học (Enzymology) môn học có vị trí then chốt hóa sinh phát triển mạnh mẽ xâm nhập vào nhiều ngành khoa học, đặc biệt thu hút ý cửa nhà sinh học sinh y học hiểu biết enzyme có liên quan mật thiết đến sinh học phân tử y học phân tử kiến thức quan trọng cửa sinh học sinh y học Mục lục Hình ảOh Bảng Tài liệu tham khảo Chương 1: Enzyme 1.1 Định nghĩa enzyme Trong thể sống (các tế bào) ln ln xảy q trình trao đổi chất Sự trao đổi chất ngừng sống khơng cịn tồn Q trình trao đổi cửa chất tập hợp quy luật cửa nhiều phản ứng hóa học khác Các phản ứng hóa học phức tạp có liên quan chặt chẽ với điều chỉnh lẫn Enzyme hợp chất protein xúc tác cho phản ứng hóa học Chúng có khả xúc tác đặc hiệu phản ứng hóa học định đảm bảo cho phản ứng xảy theo chiều hướng định với tốc độ nhịp nhàng thể sống Enzym chất xúc tác sinh học, tạo tế bào sinh vật, có chất protein, hịa tan nước dung dịch muối loãng Chúng có hầu hết loại tế bào cửa thể sống Chính tác nhân xúc tác có nguồn gốc sinh học nên enzyme gọi chất xúc tác sinh học (biocatalysators) nhằm để phân biệt với chất xúc tác hóa học 1.2 Lược sử ngbiên cứu enzyme Do enzyme học coi cột sống hóa sinh học nên phần lớn nghiên cứu hóa sinh từ trước đến liên quan nhiều đến enzyme phát triển học thuyết enzyme, chia thành giai đoạn: - Giai đoạn 1: trước kỷ thứ XVII - Giai đoạn 2: từ kỷ XVII đến nửa đầu kỷ XIX - Giai đoạn 3: từ kỷ XIX đến 30 năm đầu kỷ XX - Giai đoạn 4: từ năm 30 kỷ XX đến Giai đoạn Trước kỷ XVII người ta biết sử dụng trình enzyme đời sống song có tính chất kinh nghiệm thực tế thông qua hoạt động vi sinh vật Đó q trình lên men rượu, muối dưa, làm tưong nước chấm Ớ thời kỳ người ta chưa hiểu chất enzyme trình lên men Người ta tìm thấy tài liệu viết từ xưa vấn đề Babylon, Hy Lạp Trung Quốc, An Độ, Giai đoạn Ớ giai đoạn nhà bác học tiến hành tìm hiểu chất trình lên men Thời kỳ khái quát tượng lên men tượng phổ biến sống enzyme yếu tố gây nên chuyển hóa chất q trình lên men Vào năm 1600 kỷ XVII, Van Helmont người cố gắng sâu tìm hiểu chất trình lên men Van Helmont nhận thấy thực chất tiêu hóa chuyển hóa hóa học thức ăn giải thích co chế với so sánh với trình lên men rượu Danh từ ferment (từ ghữ iIaa-íẹniJiiVerểi,^c|i,iItị1it’eac- siíấêĩrmenquárợfnVỉêhimlmrưộuỊùng để tác nhân Vào nửa cuối kỷ thứ XVIII, nhà tự nhiên học người Pháp Réaumur nghiên cứu chất tiêu hóa Nhà tự nhiên học cho chim quạ đen nuốt miếng thịt đặt sẵn ống kim loại có thành đục sẵn buộc vào dây thép Sau vài khơng thấy ống Hiện tượng thúc đẩy nghiên cứu thành phần dịch tiêu hóa để tìm hiểu khả tiêu hóa dịch dày Sau thí nghiệm thời gian, vào năm 1783, nhà bác học người Ý Spalanzani lặp lại thí nghiệm cách lấy dịch dày trộn với thịt thấy có tượng hịa tan xảy Vào đầu kỷ XIX, nhà nghiên cứu tách chất gây trình lên men Năm 1814 Kirchoff, viện sĩ Saint Petercburg phát nước chiết mầm đại mạch có khả chuyển hóa tinh bột thành đường nhiệt độ thường Đây công trình thu chế phẩm amylase dạng dung dịch lịch sử enzyme học thực xem Mười chín năm sau (năm 1833), hai nhà khoa học người Pháp Payen Pessoz chứng minh chất có hoạt động phân giải tinh bột thành đường tách dạng bột Thí nghiệm tiến hành cách cho etanol vào dịch chiết cửa lúa đại mạch nảy mầm thấy xuất kết tủa Kết tủa hình thành có khả chuyển hóa tinh bột đun kết tủa tác dụng chuyển hóa Danh từ diastase (từ chữ Latinh diastasis - phân cắt) Payen Persoz dùng để gọi enzyme amylase lúc Tiếp người ta tìm tách nhiều enzyme khác enzyme phân giải protein dịch tiêu hóa dày Pepsin (Emberle Shwan) - nhà khoa học người Đức, năm 1836) Sau đó, lý thuyết xúc tác đời Năm 1835, nhà khoa học Berzelius có quan điểm cho tăng tốc độ phản ứng tượng xúc tác Đây quan điểm Song thật đáng tiếc nhà khoa học coi chất xúc tác hoạt động " lực sống" không theo điều khiển người Đây quan điểm tâm, siêu hình làm trì trệ phát triển khoa học ảnh hưởng sâu sắc đến sưh phát triển ngành enzyme học Giai đoạn Giai đoạn từ kỷ XIX đến 30 năm đầu kỷ XX giai đoạn số lượng lớn enzyme dạng hòa tan tách chiết Trong thời kỳ này, có hai trường phái đấu tranh với nhau: trường phái Pasteur - nhà bác học vĩ đại người Pháp trường phái Liebig - nhà bác học tiếng người Đức Giai đoạn Bản chất hóa học enzyme xỏc nh ỳng n t sau kt Utt^MWfcQMhlmViNHrMO6i ôhpihúiiffiMtrtriƠ hạpaậurt ír3>5ig'lổ‘c>hẮÍ> giống enzyme xúc tác cho phản ứng thủy phân urê Đây enzyme kết tinh Bốn năm sau (1930) Mỹ Northrop tách pepsin dạng tinh thể, vào năm 1931 Northrop Kunitz tách trypsin dạng tinh thể Trong thời kỳ I.B.S Hardane viết "Enzymes" Mặc dù lúc chất phân tử Enzyme cịn bí mật, tác giả đưa dự đoán tuyệt vời vai trò tương tác liên kết yếu enzyme chất chế hoạt động enzyme Điều giữ nguyên tính thời thời đại Các cơng trình Sumner Northrop mở chương lịch sử phát triển enzyme học đại Những kết đạt cho phép xác định cách dứt khốt cbất bóa bọc enzyme protein Pbải nói cbất bóa bọc pbần lớn enzyme protein địnb ngbĩa có tínb cbất kinb điển Enzyme pbải xem lại từ sau pbát biện T.R Cecb năm 1981 Cecb pbát biện RNA có boạt tínb xúc tác nbư enzyme gọi ribozyme (xuất pbát từ tên ribose enzyme) Ribozyme xúc tác cbo trìnb cbuyển bóa tiền cbất RNA tbơng tin (pre - m RNA) tbànb m-RNA Do enzyme kbơng nbất tbiết pbải protein! Đây pbát minb có ý ngbĩa