NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC - CHƯƠNG 5 pps

CHƯƠNG V
CÔNG NGHỆ PROTEIN VÀ
ENZYME
I. CẤU TRÚC PROTEIN
II. CÁC PROTEIN TRỊ LIỆU
III. CÁC ENZYME CÔNG NGHIỆP
IV. CỐ ĐỊNH ENZYME VÀ TẾ BÀO
V. BIOSENSOR (CẢM BIẾN SINH
HỌC)
Ca
á
u
t
ru
ù
c
P
rotein
• Protein: chuỗi các amino acid nối với nhau bằng cầu nối peptide
• Các Amino Acid:
–Phân cực: có những vùng tích điện âm và dương
–Nhóm C=O (carboxyl) tự do, chất nhận cầu nối hydro
–Nhóm NH (amin) tự do, chất cho cầu nối hydro
• Các Amino acid khác nhau ở gốc R có thể được chia làm 3 loại:
–Kò nước: Alanine(A), Valine(V), phenylalanine (Y), Proline
(P), Methionine (M), isoleucine (I) và Leucine(L)
–Tích điện: partic acid (D), Glutamic Acid (E), Lysine (K),
Arginine (R)
–Phân cực: Serine (S), Theronine (T), Tyrosine (Y); Histidine
(H), Cysteine (C), Asparagine (N), Glutamine (Q), Tryptophan
(W)

• Nhiều cấu hình có thể tạo ra do sự quay của các phân tử xung
quanh Carbon alpha (C
α
)
• Cấu hình amino acid thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi trong cấu
trúc bậc ba của protein
Ca
á
utru
ù
c
P
rotein
• Cấutrúcbậcmột:trình tự các amino acid thành
phần của chuỗi polypeptide
• Cấutrúcbậchai: sự sắép xếp của các amino acid
trong chuỗi polypeptide ở dạng mạch thẳng
như: xoắn α và chuỗi β
• Cấutrúcbậc3:sự sắp xếp trong không gian 3
chiều của các amino acid, tác động với nhau do
sự phân cực và sự tương tác với các chuỗi bên.
• Cấutrúcbậc4:là sự sắp xếp tổng thể trong
không gian của các tiểu phần trong một protein
mà cấu thành từ hai hay nhiều chuỗi
polypeptide
X
oắn
α
Cầunốihydrượchìnhthànhgiữamỗi4 vòtríamino
acid

Một vòng xoắn tương đương với khoảng 3,6 amino acid.
Chiều dài trung bình của một dải xoắn là 10 amino
acid với khoảng 3 vòng xoắn.
Chiều dài thay đổi từ 5 đến 40 amino acid
•- Trên bề mặt của cá
c
lõi
p
rotei
n
- Mặt trong gồm cá
c
amino acid kò nư
ơ
ù
c
- Mặt ngòai là cá
c
amino acid ưa nước v
a
tương tác với
mô
trườ
ng
P
hie
á
n
β
a)

-
Điểm đầu mũi tên chỉ hướng đầu tận cùng C của
polypeptide, chia thành 3 lọai:
Gồm các chuỗi
β
xếp lại với nhau với số lượng
các cầu nối Hydro tối đa
Cùng chiều: phiến parallel
Ngược chiều: anti parallel
Hỗn hợp.
2. Sự ổån đònh và gấp cuộn
• Trình tự amino acid không đủ đảm bảo
cho polypeptide tạo dạng hình có tính đặc
hiệu cao để đáp ứng đúng chức năng của
nó.
• Nhóm các protein chaperone giúp các
polypeptide gấp cuộn đúng dạng hình
không gian ba chiều có đủ hoạt tính sinh
học và một số enzyme như disulfide
isomerase giúp tạo cầu nối disulfide.
• Các protein gấp cuộn không đúng có thể
gây ra bệnh như Alzheimer, chứng xơ
nang, nhiều căn bệnh ung thư … là kết qủa
của sự gấp nếp sai.
• Các enzyme peptidyl prolyl isomerase và
các enzyme protein disulfide isomerase
cũng tham gia vào việc gấp cuộn chính
xác và hữu hiệu của nhiều protein in vivo.
3
. Ca

ù
c
bie
á
n

đ
o
å
i sau dòch mã
• Sự cắt xén bởi protease Ví dụ, các enzyme tiêu
hoá như trypsin, chymotrypsin và pepsin.
• Glycosyl hóa : gắn thêm các gốc hoặc chuỗi
đường. Thường gặp ở các protein màng hoặc các
protein ngoại bào ở Eukaryotae. Glycosyl hoá có
nhiều chức năng : trực tiếp làm trung gian cho
các hiệu ứng sinh học của một số protein (hCG
và erythropoetin), đònh hướng mục tiêu (các
enzyme của lysosome), nhận biết (các thụ thể),
ổn đònh cấu trúc, thay đổi độ hòa tan, tăng bán
chu kì tồn tại của phân tử.
•
• – Phosphoryl ho
ù
a
:
g
a
é
n

thêm nho
ù
m
phosphate
vào protein, mà chất cho chủ yếu là ATP. Quá
trình có thể thuận nghòch nhờ hệ thống 2
enzyme : kinase và phosphatase. Nó
• làm thay đổi hoạt tính sinh học hoặc tính chất
hóa lý của polypeptide.
• Ngoài ra, có nhiều kiểu biến đổi sau dòch mã
khác như acetyl hóa (acetylation), acyl hóa
(acylation), amid hóa (amidation), sulfate hóa
(sulfation), hydroxyl hóa (hydroxylation), tạo
nối S-S,
II. CÁC PROTEIN TRỊ LIỆU
• 1.Các protein từ máu và sản phẩm
• Hệ tuần hoàn chứa khoảng 5 – 6 lít máu, chiếm 8,5 –
9,0% tổng trọng lượng cơ thể người. Máu gồm các tế
bào hồng cầu (99% tổng các tế bào máu), các bạch
cầu và tiểu cầu,lơlữngtrongdòchhuyết tương. Khi
máu đóng cục (clot), các tế bào bò nhốt trong mạng
lưới các protein sợi fibrinogen, chất lỏng còn lại là
huyết thanh.
• Sử dụng chủ yếu ở các dạng : máu toàn phần, chất
đông máu, chất chống đông
máu và tác nhân làm tan
máu.
Ma
ù
u

t
oa
ø
n
pha
à
n
va
ø
h
uye
á
t
t
ư
ơ
ng
• Máu toàn phần được thu nhận một cách vô trùng từ
người cho máu, ngay lập tức được hòa lẫn với chất
chống đông để ngăn chặn sự
đông máu
• Các chất chống đông có heparin và sodium citrate
• Máu toàn phần làm nguồn cung cấp các yếu tố máu:
* Tế bào hồng cầu;
* Tiểu cầu;
* Các nhân tố đông máu;
* Các immunoglobulin miễn dòch;
* Các yếu tố khác trong huyết tương.
- Máu không có mầm bệnh : HIV, HBV, HCV
- Huyết tương cung cấp protein trò liệu quan trọng

- Dòch protein huyết thanh được sử dụng trong các
trường hợp bệnh nhân bò sốc do giảm thể tích máu
Các nhân tố đông máu
Nhân tố I Fibrinogen
Nhân tố II Prothrombin
Nhân tố III Thromboplastin (nhân tố mô)
Nhân tố IV Calcium
Nhân tố V Labile factor (proaccelerin)
Nhân tố VI *
Nhân tố VII Proconvertin
Nhân tố VIII Antihaemophilic factor
Nhân tố IX Christmas factor (thromboplastin huyết tương)
Nhân tố X Stuart factor
Nhân tố XI Thromboplastin huyết tương
Nhân tố XII Hageman factor
Nhân tố XIII Fibrin stabilizing factor (FSF-nhân tố ổn đònh fibrin)
Dạng hoạt hóa được kí hiệu “a” , ví dụ VIIa là nhân tố VII hoạt hóa
• : Nhân tố VI đã được xác đònh chính là nhân tố Va
CÁC CHẤT CHỐNG ĐÔNG
• Các chất chống đông được sử dụng cho người bệnh
đau tim, bệnh đột q, người mắc chứng nghẽn mạch
• Chứng nghẽn mạch liên quan đến sự đông kết cục
máu. Chứng nghẽn mạch dễ dàng xảy ra ở các mạch
máu có bệnh lý. Sự thành lập một cục máu nghẽn
trong một động mạch làm tắc nghẽn dòng di chuyển
của máu đến mô
• Cục máu (nghẽn động mạch vành) sẽ làm tắc nghẽn
dòng máu đến cơ tim,gây ra đau tim, thường gây chết,
hoặc nhồi máu ở một phần cơ tim.
• Các cục máu ngăn máu lên não thường gây đột q.

• Nguy cơ cao do phẩu thuật, ít cử động, cao tuổi, có
thai
2. Hormone và các nhân tố
t
ăng
trưởng
Một số hormone dùng trong trị liệu
Insulin
Glucagon
Gonadotrophin (FSH, LH, hCG)
Hormone tăng trưởng
Erythropoietin
• Các cytokine được tổng hợp chủ yếu do bạch
cầu. Khác với các hormone, các cytokine đều là
polypeptide hoặc glycoprotein và được sản sinh ra
do các tế bào không tổ chức thành tuyến. Chúng
thường được tổng hợp bởi nhiều hơn một kiểu tế
bào, tác động đến vài loại tế bào mục tiêu và
kích hoạt nhiều phản ứng ở các tế bào này.
3
. Ca
ù
c
cytokine : interleukine va
ø
interferon
• Các nhóm chủ yếu gồm :
• – Các interleukin (IL-1 – IL-15). Interleukine-2 có vai
trò trong phản ứng miễn dòch chống tế bào ung thư và
nhiễm virus. IL-2 trong liệu pháp miễn nhiễm.

• – Các interferon gồm IFN-α, IFN-β, IFN-γ, IFN-ω và
IFN-τ. Các interferon tăng cường sự đề kháng không đặc
hiệu như giúp tế bào đích chống virus, ức chế sự tăng
sinh của nhiều loại tế bào và điều hoà sự biểu hiện của
các kháng nguyên MHC lớp I. Nhiều interferon sản xuất
nhờ CN gen.
• – Các nhân tố kích thích tạo tập đoàn tiểu cầu
• – Các nhân tố gây hoại tử khối u (– TNF).
Interferon (IFN)
- Phát hiện: 1957
- Động vậtcóxương sống
- Loài hữunhũ có ít nhất3 loại:
IFN-a, IFN-b, IFN-g
- Ở người:
16 IFN-a, 1 IFN-b, 1 IFN-g
Interleukin (IL)
-Ítnhất16 IL đượcmôtảởngười
-Hoạt động nhờ liên kếtthụ quan chuyên biệt
trên bề mặtcáctế bào
-Tínhđahiệu
- Đượcsảnxuấtchủ yếubởicáctế bào củahệ
miễndịch và chứcnăng chủ yếulàđiềuhòa
miễndịch
Các vaccine và kháng thể
• Vaccine là một chế phẩm thành phần của kháng
nguyên thông thường hoặc lấy từ mầm bệnh,
hoặc liên quan tới mầm bệnh.
• Các kháng thể được sử dụng trong chẩn đoán in
vitro. Các kháng thể đa dòng chiết từ máu người
và động vật dùng chẩn đoán và trò liệu, gồm :

immunoglobulin uốn ván, kháng độc tố uốn ván,
antitoxin botilin, kháng huyết thanh (antisera) nọc
rắn, antisera bò cạp, antisera nhện,…
• Từ 1975, kháng thể đơn dòng.
III. CÁC ENZYME CÔNG
NGHIỆP
• 1. Khái quát về enzyme
• Nhờ có enzyme các phản ứng hoá học được thực
hiện trong tế bào sống với sự hoàn hảo trong
điều kiện đẳng nhiệt , đẳng áp và có các đặc
điểm sau : phản ứng có hiệu quả cao, nhiều phản
ứng xảy ra đồng thời theo dây chuyền, không
phải tinh sạch sản phẩm ở từng công đoạn, các
phản ứng chòu sự điều hòa hợp lí và tiết kiệm
nhất, lại ít tiêu tốn năng lượng.
Có khoảng 3000 enzyme đã được biết và
được phân loại thành 6 nhóm dựa vào loại
phản ứng mà chúng xúc tác : 1) Oxi hóa -
khử; 2) Transferase (chuyển các nhóm
chức năng có chứa C−, N−, hay S−) ; 3)
Hydrolase (tách các liên kết C−C, C−O,
C−N, C−S, C−halogen) ; 4) Lyase (thêm
vào các nối đôi) ; 5) Isomerase ; 6) Ligase.
2
. T
h
ò tr
ư
ơ
ø

n
g ca
ù
c
enzyme công
nghiệp chủ yếu
Loại enzyme Sản lượng
(tấn/năm)
Giá bán (kg)
Alpha-Amylase
& Glucoamylase
Rennin
Pectinase
Protease
Glucoisomerase
Các enzyme
tinh
˜ 50000
˜ 10000
˜ 5000
˜ 8000
˜ 2000
< 0,100
˜ 2
−
3 USD/kg
˜ 3
−
4 USD/kg
˜ 5 USD/kg

˜ 10 USD/kg
˜ 30 USD/kg
> 10000 USD/kg
3. Các enzyme biến đổi carbohydrate
•–Alpha-amylase (1,4 α-D-glucan
glucanohydrolase) là enzyme nội thuỷ giải (endo-
hydrolysis) cắt phân tử bột tạo dextrin (chứa 3
hay nhiều hơn các đơn vò glucan). Tác động của
nó làm giảm nhanh khối lượng phân tử của bột
và độ nhớt.
• – Glucoamylase còn gọi amyloglucosidase (exo
α-1,4 D-glucosidase) là exo-hydrolase cắt rời
từng glucose từ đầu ngắn α-1,4 mạch glucan của
dextrin, nhờ đó phân hủy bột đến tận cùng thành
glucose. Chủng sản xuất là Aspergillies niger và
Rhizopus sp. (40 – 70
0
C, pH = 6,0 – 6,5), được
chọn giống làm mất sự ức chế ngược của
glucose.
• Các amylase được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp rượu bia, bánh mì, sản xuất glucose từ bột.
Do nhu cầu ngày càng cao nên sản xuất enzyme
tăng nhanh, đạt doanh số lớn nhất.
4. Các protease
• – Rennin (còn gọi chymosin) là enzyme từ dạ dày bê non
(chưa cai sữa), dùng đông tụ sữa trong sản xuất phômai
• Dòch chiết thô gọi là rennet có chứa 2 – 3% rennin.
Rennin có 2 ưu điểm đặc biệt là đông tụ sữa nhanh và
casein bò nó phân hủy tạo nên phômai có hương vò thơm

ngon. Các chủng mốc Mucor miehei và Mucor pusillus
sản sinh protease có hoạt tính tương tự rennin.
• Công nghiệp sản xuất phômai phát triển mạnh với
doanh số gần 30 tỉ USD, nên rennin có sản lượng lớn thứ
hai sau các amylase.