Bài giảng Ứng dụng Protein enzyme trong y học

1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
********&********
Tạo chữ GIFTạo chữ GIFTạo chữ GIF
Hà N i - 4/2012ộ
2
2
II. NỘI DUNG
III. KẾT LUẬN
3
3
4
Công nghiệp
Phân tích
sinh hóa
4
5
5
6
Khái ni m: Enzyme c đ nh là enzyme đ c gi i h n hay ệ ố ị ượ ớ ạ
khu bi t v m t v t lý m t vùng không gian nh t đ nh ệ ề ặ ậ ở ộ ấ ị
nh ng v n gi đ c ho t tính xúc tác và có th đ c s ư ẫ ữ ượ ạ ể ượ ử
d ng l p đi l p l i/liên t c trong/sau m t quá trình xúc tácụ ặ ặ ạ ụ ộ
Các phương pháp cố định enzyme
Enzyme cố định
6
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.


4 bộ phận chính:
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
khác có thể xử lý
7
8

Có trong máu, nước tiểu hoặc trong một số mô
có dịch (màng phổi, dạ dày, tá tràng )

Xác định hoạt độ dễ dàng

Có sự sai khác rõ ràng về hoạt độ enzyme giữa
trạng thái bình thường và bệnh lý

Có độ bền tương đối, đáp ứng yêu cầu thời gian
bảo quản mẫu trước khi phân tích
8
9
A: Sử dụng glucose oxidase để đo hàm lượng

glucose trong máu
Cơ chế hoạt động

Người bệnh tiểu đường cần phải kiểm tra hàm lượng
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
9
10
B. 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
11
C: 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
11
12
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
γ
-glutamyltransferase
•
1 enzyme thuộc lớp lyase là uroporphyrinogen-1-synthase
tái tổ hợp
13
14
Enzyme Mã enzyme Phản ứng Ứng dụng
Asparaginase 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
Dị ứng
Penicillin
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
15
Các 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
Oxidoreductase điều trị bệnh Gout, thừa acid uric,
bệnh viêm khớp, polyarthritis, asthma

15

16
Urate oxidase
Superoxide
dismutase
Xúc tác cho phản
ứng oxy hóa acid uric
thành allantoin có độ
hòa tan lớn hơn
Các ion superoxide cũng
như khởi đầu cho việc tạo
thành các loại oxygen có
khả năng phản ứng cao,
có thể phá hủy tế bào và
mô, tác dụng loại độc tố
của ROS, điều trị bệnh
ostheoarthritis, radiation
cystitis
Urate + O
2
allantoin
16
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 ε-(γ-lutamyl) lysine giữa các phân tử.
17
18
:phần lớn các enzyme thủy phân (lớp 3) đã được
dùng trong điều trị như
Pepsin: là một loại
protease có trong niêm
mạc và dịch vị của động
vật bậc cao. Có khả
năng thủy phân protein
và đông tụ sữa và là
enzyme quan trọng nhất
của tuyến tiêu hóa  sử
dụng để hỗ trợ tiêu hóa
Pepsinogen
pepsin
Pepton, polypeptid
mạnh ngắn hơn
p
h
â
n

h
ủ
y

p

r
o
t
e
i
n

môi trường acid
18
19

Trypsin (EC 3.4.21.4) là một
protease serine được tìm
thấy trong hệ tiêu hóa động
vật có xương sống.

Trypsin được sản xuất trong
tuyến tụy là trysinogen là một
proenzyme không có hoạt
tính

Trypsin thủy phân protein
thành các peptideloại bỏ
mô chết và hoại tử, trị viêm
và làm giảm nhiễm trùng,
đánh tan cục máu đông, hỗ
trợ tiêu hóa
19
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

Barrett (1994) 20 họ cysteine protease và nhiều E trong số
này được ứng dụng rộng rãi trong y học như:
•
papain
•
bromelain
•
ficain
20
21
Papain: 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
chữa trị các dị vật thừa
Papain còn được sử dụng để
chữa bệnh giun kim, giun đũa,
làm giảm độc tố toxin và
toxabumin
Hỗn hợp papain-bromelain-cellulose được ứng dụng trong
việc phá sỏi thận
21

22
Bromelain: 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 một lượng nhỏ peroxydase,
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
23

Streptokinase được sản xuất bởi
Streptococcus pyogenes và
được sử dụng trong điều trị bệnh
nhồi máu cơ tim
Plasminogen plasmin

Nếu sử lý Streptokinase ngay khi
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)….

23
24

Ứng dụng trong điều trị ung thư : Asparaginase, glutaminase,
serine dehydratase, arginase và leucine dehydrogenase.
Asparaginase (3.5.1.1)

Enzyme asparaginase được sử dụng để điều trị một số
bệnh ung thư. Nó xúc tác thông qua phản ứng
L-Asparagine + H
2
O
L-aspartate + NH
3

Asparaginase phân giải asparagine làm giảm nồng độ của
nó trong máu, do đó kìm hãm sự tăng trưởng của các tế
bào ung thư

Enzyme này khá phổ biến ở động vật, thực vật và đặc biệt
là vi sinh vật, tuy nhiên có lẽ enzyme tách từ người sẽ là lí
tưởng nhất
24
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-asparaginase 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
25