Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất protein với hoạt tính sinh học cao

ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 1

Đề tài: SẢN XUẤT PROTEIN CĨ HOẠT TÍNH SINH HỌC
I.GIỚI THIỆU VỀ PROTEIN
1.Vai trị và giá trị của protein
a.Vai trò sinh học:
Protein là thành phần không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sống. Protein
là nền tảng về cấu trúc và chức năng của cơ thể sinh vật:
•

Xúc tác :các protein có khả năng xúc tác các phản ứng gọi là enzym

•

Vận tải: Một số protein có vai trị như những “xe tải” vận chuyển các chất

trong cơ thể. Ví dụ : Hemogiobin kết hợp với oxi rồi tải oxi đến tới các mơ và cơ
quan trong cơ thể.
•

Chuyển động: nhiều protein trực tiếp tham gia vào quá trình chuyển động

như: co cơ, chuyển vị trí của nhiễm sắc thể trong quá trinh phân bào.
•

Bảo vệ:

-

Các kháng thể trong máu động vật là các protein đặc biệt có khả năng nhận

biết và loại trừ protein lạ và virút, vi khuẩn và các tế bào lạ vào cơ thể
-

Các interferon là những protein do tế bào động vật có xương sống sinh tổng

hợp và tiết ra để chống lại sự nhiễm virút
- Protein trong máu có vai trị bảo vệ cơ thể khỏi bị mất máu
•

Dẫn truyền các xung động thần kinh:

như chất màu thị giác rodopxin ở màng lưới mắt
•

Điều hịa :

Một số protein có chức năng điều hịa q trình truyền thơng tin di truyền, điều hịa
q trình trao đổi chất
•

Kiến tạo chống đỡ cơ học:

như protein của tơ tằm ; colagen-elastin của mơ liên kết, mơ xương.
•

Dự trữ dinh dưỡng

Protein cịn là chất dinh dưỡng quan trọng cung cấp các axit amin cho phơi phát

triển. Ví dụ: ovalbunin trong lịng trắng trứng, gliadin trong hạt lúa mì, zein của ngơ.
b. Vai trò dinh dưỡng:
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 2

Protein là hợp phần chủ yếu trong khẩu phần ăn. Khi thiếu protein sẽ gây ảnh hưởng
xấu đến hoạt động bình thường của nhiều cơ quan chức năng trong cơ thể , sẽ gây
những biểu hiện xấu như chậm lớn (đối với trẻ em ), suy sinh dưỡng, sút cân, giảm
khả năng miễn dịch

c. Vai trị Protein trong cơng nghệ thực phẩm:
Protein là chất tạo cấu trúc, tạo hình khối, tạo trạng thái cho các sản phẩm thực
phẩm. Ngồi ra nó cịn gián tiếp tạo ra các chất lượng cho các thực phẩm (tạo màu,
tạo mùi).
2.Cấu tạo phân tử protein:
a.Thành phần nguyên tố :
Tất cả các protein điều chứa các nguyên tố C,H,O,N, . Ngoài ra còn chứa các nguyên
tố phụ như :S,Fe,Co,Cu,.....
b. Đơn vị cơ sở của protein:
Protein được cấu tạo từ các đơn vị cơ sở là các axitamin . Hiện nay đã biết được trên
80 axitamin có trong tự nhiên. Tuy nhiên chỉ có 20 axitamin và 2 amit tham gia cấu
tạo protein trong cơ thể người .Công thức chung của protein là:

R là gốc hydrocacbon có chứa gốc OH, SH, NH2, COOH và có thể là vịng thơm 5

cạnh hay dị vòng. Mỗi axitamin được viết tắc bằng 3 chữ cái hoặc ký hiệu bằng 1
chữ cái
c. Cấu trúc của protein:
Hiện nay người ta phân biệt 4 bậc cấu trúc phân tử protein, khác nhau bởi mức độ
phức tạp và dạng liên kết trong nội tại phân tử
•

Cấu trúc bậc 1:

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 3

Cấu trúc bậc 1 của protein là thành phần và trình tự sắp xếp các cấp axitamin trong
mạch polipeptit. Khi nghiên cứu cấu trúc bậc 1 cho ta biết được số lượng và trình tự
săp xếp của nó trong protein. Các axitamin trong protein liên kết với nhau bằng liên
kết peptit -CO-NH-, liên kết này rất bền. Cấu hình khơng gian của liên kết peptit: 4
nguyên tố C,H,O,N được sắp xếp trên cùng một mặt phẳng và mỗi phân tử được sắp
xếp với góc cố định. Có thể hình thành dạng enol ,trong đó dạng trans bền hơn dạng
cis.
Cấu trúc bậc 1 là bản phiên mã đầu tiên của protein, khác nhau bởi trình tự sắp xếp
và số lượng các axitamin. Biết được cấu trúc bậc1 sẽ dự đốn được cấu trúc của
protein và góp phần quan trọng trong nghiên cứu bệnh lý
•

Cấu trúc bậc 2:

Bao gồm xoắn 2 , gấp nếp r và mặt cong. Hầu hết các axitmin điều chứa cacbon
bất đối Co nên có khả năng quay quanh trục dễ dàng tạo cấu trúc xoắn.
-

Cấu trúc xoắn

; là cấu trúc tương tự lị xo (cầu thanh xoắn ốc), mỗi vịng

xoắn có 3,6 axitamin, chiều cao của một vịng là 5,40. Đường kính trong của cấu
trúc xoắn là 10,1A, khi gia nhiệt nhẹ thì cấu trúc bậc 2 bị phá vỡ.
-

Cấu trúc nếp 1 :(cấu trúc phiền xếp)

Là cấu trúc hình chữ chi, có hai dạng song song và đối song song
+Gấp nếp h kiểu đối song song có trình tự sắp xếp ngược nhau, các đoạn peptit
kề nhau có hướng sắp xếp ngược nhau
+ Gấp nếp ư kiểu song song: các đoạn peptit nằm kề nhau có xu hướng sắp xếp
cùng chiều nhau.
-

Cấu trúc mặt cong

: Oxi của C = O trong liên kết peptit thứ nhất nằm kề

của liên kết peptit thứ ba kề nó..
•

Cấu trúc bạc 3:

Chuỗi peptit với các vùng có cấu trúc bậc hai xác định (xoắn , gấp nếp ề và cong
) và kém xác định (xoắn ngẫu nhiên) xếp lại thành cấu trúc 3 chiều sẽ tạo nên một
dạng cấu trúc gọi là cấu trúc bậc ba.
Cấu trúc này ổn định do các tương tác kị nước và các liên kết hidrơ
•

Cấu trúc bậc 4:

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 4

Do 2 hay nhiều các tiểu đơn vị có cấu trúc bậc 3 hình thành có dạng hình cầu. Mỗi
sợi polipeptit là một tiểu đơn. Tóm lại, protein đa dạng về cấu trúc nhưng quan trọng
nhất là cấu trúc bậc nhất.

3. Một số tính chất quan trọng của protein:
Tính chất của protein phụ thuộc vào thành phần trình tự sắp xếp các góc axitamin
trong phân tử của nó.
a. Hình dạng và phân tử luợng:
Protein có phân tử lượng lớn, hình dạng có loại: hình sợi (thường khơng tan trong
nước) và hình cầu (thường tan trong nước).
b. Khả năng hidrat hóa và tính tan:

-Khả năng hidrat hóa :là khả năng kết hợp với một lượng lớn các phân tử nước
-Protein có khả năng tan trong nước và một số các dung môi hữu cơ nhưng độ tan
khác nhau.
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 5

c. Điện li lưỡng tính và sự kết tủa:
-Tính điện li lưỡng tính: aa và protein có tính chất lưỡng tính. Mỗi protein có một
điểm đẳng điện riêng, hiệu là PI
-Sự kết tủa : Protein sẽ bị kết tủa khi ta gia nhiệt nhẹ tại điểm đẳng điện hoặc gây
biến tính.
d. Sự biến tính protein:
-Khi cấu trúc không gian bậc cao của protein bị phá vỡ, thì nó sẽ bị biến tính, có thể
là thuận nghịch hoặc khơng thuận nghịch. Ví dụ: lịng trắng trứng đem đi gia nhiệt
thig làm đứt liên kết hidro, các cấu trúc bậc cao bị phá hủy khi bỏ vào nước sẽ khơng
tan. Đó là sự biến tính khơng thuận nghịch .
-Protein bị biến tính có thể do một số tác nhân như: nhiệt độ, cơ học, tia bức xạ, các
dung môi hữu cơ và một số các kim loại..
-Khi protein bị biến tính thì sẽ có một số tính chất sau: mất khả năng hoạt động sinh
học, bị thủy phân bởi enzym , hình dạng và kích thước thay đổi, thay đổi một số
tính chất hóa lý như: giảm độ hịa tan, giảm khả năng hydrat hóa , tăng độ nhớt..
e. Phản ứng đặc trưng của protein:là phản ứng Buire. Khi cho dung dịch CuSO4
trong môi trường kiềm vào dung dịch protein nó sẽ có màu tím hoặc đỏ. (do
axitamin có khả năng tạo liên kết với ion kim loại hóa trị 2 tạo phức đồng Cu2+)

4. Sinh tổng hợp protein :
Protein là sản phẩm cuối cùng của hoạt động truyền thông tin di truyền trong tế bào.
Nhưng tại sao lại lấy cơ chế tổng hợp protein để giải thích tính di tryền của cơ thể
sống mà khơng lấy cơ chế tổng hợp Lipid hay gluxit.? Câu hỏi này đã được các nhà
khoa học giải thích như sau :
-Thứ nhất, cấu trúc bậc 1 của protein phản ánh bản chất của từng loại protein. Ở đó
bản chất của mỗi loại protein được quyết định bởi số thứ tự sắp xếp của từng
axitamin và số lượng các axitamin có trong protein đó. Đây là tính chất rất chặt chẽ
của cấu trúc protein khác hẳn với các chất khác trong tế bào.
-Thứ hai, trong tế bào protein tồn tại không chỉ ở dạng protein cấu trúc mà phần lớn
chúng là protein enzym. Các protein này đóng vai trị trong hướng phản ứng và sản
phẩm của phản ứng trong cơ thể. Các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào điều
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 6

được enzym tham gia. Trong khi đí các chất khác ở tế bào khơng làm được chức
năng này
-Thứ ba, khi xem xét cấu trúc DNA và cấu trúc protein cho thấy một đoạn DNA (1
gen) có trật tự của các nucleotid rất tương đồng với các aminoaxit trong protein. Sự
tương đồng này này cho ta một khái niệm rằng phải có một liên hệ chặt chẽ nào đó
giữa hai đơn vị vật chất trong tế bào của cơ thể sống.
Vì lí do trên nên cơ chế sinh tổng hợp protein được xem như một cơ chế chặt ché
nhất. Sai lệch dịng thơng tin này sẽ dẫn đến sự biến dị ở cơ thể .
Cho đến nay các nhà khoa học điều cho rằng quá trình tổng hợp protein là quá trình

sao chép và dịch mã từ DNA qua RNA và cuối cùng là protein. Thứ tự aminoaicid
trong protein được mã hóa bởi thứ tự nucleotid của gen. Trong DNA và m-RNA chỉ
có 4 loại nucleotid trong khi đó trong protein lại có 20 aminoaxit nên việc mã hóa trở
nên phức tạp. Do đó các nhà khoa học đã đưa ra nhận xét quan trọng là: có thể có 3
nucleotid sẽ tạo thành một bộ 3 gọi là mã codon. Tập hợp bộ 3 này ta có 43=64 c
Một số điểm cần lưu ý :
-Bản chất của codon của mã di tryuền được chứng minh bằng thực nghiệm
-Có 64 codon mã hóa cho 20 aminoacid trong đó có 61 codon chứa thơng tin
và phần lớn aminoacid có nhiều hơn 1 codon mã hóa cho nó
-Có sự thối hóa hay nói cách khác có hơn 1 axitamin mã hóa cho 1 aminoacid. Các
thay đổi này thường xảy ra ở base thứ ba.Điều đó ảnh hưởng đến hình tượng đối mã
(anticodon) sau này trên t-RNA khi gắn với m-RNA.
-Các codon UAA, UAG và UGA là các codon chứa các tín hiệu kết thúc và tách sợi
polypeptid ra khỏi ribosome.
-Quả trình tổng hợp sợi polipeptid ở tất cả các sinh vật điều bắt đầu bằng sự mã hóa
bởi AUG (codon mã hóa cho methionin) codon này cũng mã hóa cho methionin
trong polipeptid nếu polipeptid có chứa methionin
-Các nhà khoa học đã chứng minh rằng trên sợi m-RNA các codon thường sắp xếp
theo một trật tự liên tiếp nhau, không phủ lên nhau và hoàn toàn tách biệt nhau.
-Trường hợp xảy ra đột biến điểm có thể có ba hướng:
+ Không gây ra sự thay đổi 1 aminoaxid.

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 7

+ Thay thế một aminoacid này bằng 1aminoacid khác có cùng kích thước và tính
tích điện.
+ Thay thế 1aminoacid bằng một aminoacid khác
-Thông tin được bắt đầu theo chiều 5’ đến 3’
a. các yếu tố cần thiết cho quá trình dịch mã
-Các axitamin : chúng là các viên gạch , là những nguyên liệu ban đầu tạo thành
chuỗi polipeptit.
-m-RNA: đóng vai trị là khung mang thơng tin của DNA. Nó quyết định thứ tự sắp
xếp của các axitamin khác nhau trong chuỗi polipeptid.
-Ribosome: được coi là nhà máy sản xuất axitamin.
-t-RNA: có nhiệm vụ vận chuyển axitamin từ nơi khác đến nơi tổng hợp ptotein.
-Quá trình cần có mặt của aminoacyl-t-RNA-synthetase để gắn axitamin lên

t-

NRA và enzym peptidyltranferase để xúc tát tạo thành liên klết peptid trong chuỗi
polipeptid
b.Các giai đoạn của quá trình dịch mã:
Quá trinh dịch mã gồm ba giai đoạn chính : khởi đầu, nối dàiì và kết thúc

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

•

Trang 8

Giai đoạn khởi đầu :

Trên m-RNA từ đoạn đầu 5’ đến bộ ba khởi đầu có một trình tự khơng mã hóa cho
axitamin mà làm nhiệm vụ điều hành cho quá trình tổng hợp protein. Từ bộ ba AUG
mã hóa cho methionin đến vị trí p trên tiểu đơn vị nhỏ của riboxom hình thành phức
hợp là roboxom -t- RNA-Methionin. Q trình này có sự xúc tát của các nhân tố
khởi động IF các nhân tố khởi động sẽ hoạt hóa các tiểu đơn vị nhỏ của riboxom làm
nó dễ kết hợp với phân tử t- RNA.
Phân tử axitamin được gắn vào t-RNA theo cơ chế sau :
a.a + ATP +

enzym

h a.a ~ AMP ~ Enzym

+ 2P

a.a ~ AMP ~ Enzym + t-RNA z a.a ~ t-RNA + Enzym + AMP
(Axitamin đươc gắn vào đầu 3’ OH của t-RNA)
•

Giai đoạn kéo dài sợi Polipeptit:

Là sự nối thêm các aminoaxit tiếp theo mạch polipeptic đã đựoc tạo thành có sự
tham gia của nhân tố kéo dài
Một t-RNA mới sẽ có anti-codon tương ứng với cụm mã tiếp theo của AUG sẽ mang
axitamin mới định vị tại điểm A.Tiếp theo liên kết peptic được hình thành giữa
methionin và axitamin thứ hai, đồng thời liên kết este giữa t-RNA và methionin bị

đứt ra.sau đó xảy ra phản ứng chuyển dịch tức t-RNA tại vị trí P đựơc giải phóng va
t-RNA ở vị trí A sẽ chuyển về điểm P.Điểm A sẽ đựơc t-RNA mang axitamin mới
đến định vị và phản ứng cứ tiếp tục diễn ra cho đến khi kết thúc
Chú ý:Ơ riboxom có hai vị trí để gắn ,một vị trí cho aminocyl - t-RNA gọi là vùng
P(Peptidy),và một vị trí khác gọi là vùng A(Aminoacyl)
•

Giai đoạn kết thúc :

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 9

Q trình dịch mã kết thúc khi tổ hợp được dịch chuyển đến bộ ba mang mã kết thúc
(UAA,UAG,UGA)
Vì các bộ ba kết thúc này khơng có anti-codon nên khơng có axitamin tương ướng
Do đó không tổng hợp được nên phản ứng kết thúc
c.Ripoxom “nhà máy chuyên sản xuất Protein”:

Trong tế bào chất của các sinh vật có một hạt cực kỳ nhỏ bé ,nhỏ nhất trong các
thành phần cấu tạo nên tế bào chất ,lọai hạt này gọi là Riboxom ,cơ quan trung tâm
tổng hợp nên mọi Protein.Hạt nhỏ nhất của Riboxom là loại hạt tiểu thể có hằng số
lắng 30S đến 50S (1S =1 đơn vị Swedberg =10-13cm/giây).Ở nồng độ Mg2+ tương
đối cao ,hai hạt tiểu thể này gắn với nhau và tạo nên hạt Riboxom có hằng số lắng
70S

Nhiều Riboxom cùng thực hiện dịch mã trên một sợi m-RNA .Sau khi m-RNA được
gắn vào Riboxom và thực hiện 1quá trình phiên mã được một đoạn khoảng 80
Nucleotid thì các Riboxom khác có thể gắn vào đầu phía sau và cùng hực hiện dịch
mã .Nhờ vậy tốc độ tổng hợp Protein tăng lên đáng kể (trong sợi m-RNA có thể có
tới 20 Riboxom )
d.Những sai sót trong q trình tổng hợp Protein :
Trong q trình tổng hợp Protein có thể có sự sai sót nhất định .Các nhà khoa học
cho thấy có thể xảy ra hai truờng hợp:

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 10

-Trong tế bào có các Aminoaxit rất khác nhau về cấu trúc thì sự nhận biết chúng và
lắp ráp chúng ít khi có sự sai sót .
-Trong bào tương có một số aminoaxit có cấu trúc giống nhau có thể dẫn tới sự sai
sót trong quá trình lắp ráp các Aminoaxit trong phần tử Protein.Tỉ lệ sai sót có thể là
1/3000 .Tỷ lệ sai sót này tăng theo tuổi thọ của cơ thể.
5. Nguồn thu protein:
Protein có thể thu từ động vật, thực vật hoặc vi sinh vật.
Căn cứ vào chức năng của protein trong các cơ quan của cơ thể có thể phân thành ba
nhóm sau:
-Protein cấu trúc như keratin, colagen.
-Protein có hoạt động sinh học như là enzim rồi đến hóc mơn (như insulin,
somatotrophin) protein cơ rut (như miozin, acitin) protein vận tải (như hemoglobin,

mioglobin ), protein dự trữ (như ovalbumin, gliadin, zein ) hoặc đối với vi sinh vật
(như một số khán sinh ) hoặc một số chất phản dinh dưỡng (như các chất kìm hãm
tripxin )
-Protein thực phẩm khơng hình thành nhóm riêng biệt nhưng nói chung bao gồm các
protein có mùi dễ chiûu đối với tiêu hóa và khơng độc đối với người
Về mặt sinh lý, thiếu protein dẫn tới giảm thể trọng. Hằng ngày cơ thể người
trưởng thành có tới hàng trăm tỷ tế bào chết và cần thay thế. Thiếu protein thì trước
hết protein của gan , máu và chất nhầy như mật, ruột được huy động để bù đắp. Vì
vậy thiếu protein lâu dài sẽ dẫn đến suy gan, số lượng khán thể trong máu giảm đi,
sức đề kháng của cơ thể đối với bệnh bị yếu.Protein là một thành phần quý nhưng
mà hay thiếu trong thức ăn. Xét cho đến cùng thì vấn đề thiếu protein trong thức ăn
lại là do thiếu các “ viên gạch “ axitamin khơng thể thay thế. Khi tính hàm lượng
protein ở một số sản phẩm như các loại đậu, nấm, men... ta có thể thấy lượng protein
chung khá lớn. Nhưng lượng lớn này cũng chưa có thể là các loại thức ăn hồng tồn
có giá trị và thích hợp. Ví dụ: người ta đã thấy rằng sữa mẹ không chứa nhiều
protein nhưng thành phần axitamin của nó lại là tốt nhất, vì vậy cho nên người ta
thường lấy protein sữa mẹ làm mẫu tiêu chuẩn. Các sản phẩm có nguồn gốc động

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 11

vật như sữa bị, thịt, trứng cũng có thành phần axitamin cân đối, tốt và có giá trị
dinh dưỡng cao.
Nói chung, lượng protein ở sản phẩm động vật khá cao, cịn ở thực vật thì trừ đậu

tương và các loại đậu đỗ khác, còn các sản phẩm khác đều có hàm lượng protein
tương đối thấp so với các sản phẩm động vật
Đối với protein có nguồn gốc thực vật thì thường thường hàm lượng các axitamin
khơng thể thay thế có ít. Ví dụ: ở bột mì có ít lizin, ở nấm men có ít methionin và
lơxin, ở một số loại đậu không đủ triptophan và methionin. Cịn trong đậu tương thì
lượng lơxin có ít. Vì thế muốn tạo được protein có giá trị cao thì người ta có thể
thêm các” viên gạch” axitamin khơng thay thế (triptophan, lizin, methionin ) vào
protein có nguồn gơc thực vật mặc dù thành phần axitamin không thay thế của thức
ăn là vô cùng quan trọng, nhưng các axitamin thay thế cũng cần thiết ở mức độ nhất
định đối với cơ thể và khi sử dụng nên đưa vào cơ thể cùng một lúc thì mới lợi dụng
chúng được triệt để nhằm tổng hợp protein miễn phí.
Như ta đã biết, trong thức ăn ngoài chất béo, gluxit, vitamin các muối khống chất
gia vị thì protein là phần q hiếm nhất. Đó là nguồn nitơ duy nhất cho người và
động vật. Trong 20 axitamin thì có 8 axitamin khơng thay thế đối với người lớn
(hoặc 9 đối với trẻ em, 10 đối với lợn, 11 đối với gia cầm ). Nếu thiếu các axitamin
thì có thể bị bệnh mà chết. Về nhu cầu protein của người nhiều nhà nghiên cứu cho
biết khoảng 100g/ngày, có số liệu cho là 80g/ngày. Cịn các nhà dinh dường thì đề
nghị cứ 1kg thể trọng của người lớn cần cung cấp 1g protein.
Đều đáng nói ở đây là tốc độ tăng sản lượng lương thực thực phẩm như hiện nay
không kịp với tốc độ tăng dân số. Hiện nay lồi người đang gặp khó khăn lớn về
lương thực thực phẩm và điều quan trọng nhất là đang đói protein. Theo nhiều số
liệuđã cơng bố thì hai phần ba nhân loại đang bị tai họa thiếu protein ở các mức độ
khác nhau. Các nước châu phi, châu Mỹ latinh và nhiều nước châu Á đang đói
protein một cách có hệ thống cả về lượng lẫn về chất. Theo tính tốn của FAO nhu
cầu protein trên thế giới đã tăng lên 65 triệu tấn trong năm 2000.
Nguồn cung cấp protein chủ yếu hiện nay của loài người là sản phẩm của hai ngành
trồng trọt và chăn nuôi.Về ngành trồng trọt thì mở rộng diện tích và thâm canh cây
trồng, khả năng này cũng rất to lớn.
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 12

Cịn để thu protein trong động vật thì con người quan tâm đến hai hướng là khai thác
hải sản và chăn nuôi công nghiệp. Các hải sản là nguồn protein phong phú có thể
cung cấp cho người (trong tương lai, đại dưiơng sẽ bị ô nhiễm nặng do sự phát triển
của công nghiệp và biển cũng như do tàu bè đi lại ), đáng chú ý là trong các hải sản
chính, cá đực dành một phần lớn để chế biến bột các cung cấp cho ngành chăn
nuôi(hàng năm số lượng bột cá sản xuất khoảng 5 triệu tấn ).Muốn đưa chăn nuôi
thành một ngành sản xuất có tính chất cơng nghiệp thì một trong những nhiệm vụ
hàng đầu là giải quyết thức ăn gia súc hỗn hợp , trong thức ăn này cần phải có tỷ lệ
thích đáng về protein. Các nguồn protein ở đây có thể là bột ngũ cốc , tấm cám, các
loại khô dầu(lạc, đậu, tương..), các loại bột cỏ, bột xương, bột cá và các loại sinh
khối vi sinh vật. Có đảm bảo nhu cầu về protein trong khẩu phần thức ăn, gia súc gia
cầm mới đủ sức tăng trọng và đưa năng suất chăn nuôi đến mức cao. Các gia súc gia
cầm khác nhau chỉ có khả năng hồn lại cho người một phần nhỏ lượng protein mà
người cung cung cấp cho chúng, thường chỉ 15-25% ở dạng thịt và khoảng 30% ở
dạng sữa. Còn phần lớn protein trong khẩu phần được sử dụng cho nhu cầu riêng
của gia súc. Như vậy 70-85% protein mất đi không bù lại cho người.
Trong việc giải quyết việc thiếu protein hiện nay, người ta chú ý nhiều đến con
đường tổng hợp nhờ vi sinh vật. Cơ sở khoa học của biện pháp này là, lợi dụng khả
năng sinh trưởng nhanh của vi sinh vật và sự phong phú về protein, cũng như các
axitamin hợp phần của nó trong tế bào vi sinh vật là nguồn cung cấp protein cho gia
súc và tương lai sẽ làm thức ăn cho người. Sản xuất protein từ vi sinh vật có các ưu
điểm sau:
-Thu hoạch đơn giản dễ dàng

-Ít tốn diện tích ni cấy
-Tốc độ sinh sản của vi sinh vật cao, đồng thời tốc độ sinh tổng hợp protein trong tế
bào vi sinh vật cũng rất cao có thể từ 100-1000 so với bị. Qua thực tế người ta thấy
rằng muốn có 1 tấn protein cần phải trồng 4 hecta đậu tương trong 3 tháng, hoặc
nuôi 40 con bị trong 15-18 tháng, nhưng chỉ cần ni sinh vật trong nồi lên men
dung tích là 300m 3trong 24giờ

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 13

-Ni cấy vi sinh vật khơng phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, q trình nuôi cấy
được tiến hành trong nồi lên men lớn dễ dàng ổn định các điều kiện kỹ thuật bằng
các hệ thống điều khiển tự động.
-Có thể phân lập và lựa chọn được các chủng vi sinh vật có ích và thích hợp cho các
quy trình cơng nghệ, cho từng loại nguyên liệu tương đối nhanh và dễ dàng
-Hầu hết hợp chất chứa cacbon trong tự nhiên điều có thể sử dụng làm nguồn cơ chất
ban đầu để sản xuất protein
-Thành phần axitamin trong protein có thể điều khiển được bằng cách thay đổi thành
phần môi trường và điều kiện nuôi cấy hoặc bằng cách tác động làm thay đổi cơ cấu
di truyền của chủng giống
Hiện nay nhiều nước trên thế giới đang ráo riết tập trung nghiên cứu sản xuất protein
bằng con đường vi sinh vật, trước hết theo các hướng sau đây:
-Nghiên cứu các phương pháp thu sinh khối rẻ nhưng có giá trị dinh dưỡng cao
-Nghiên cứu phương pháp thu thức ăn gia súc từ axit cacbonnic với việc sử dụng các

vi sinh vật trợ dưỡng
-nghiên cứu khả năng sản xuất thức ăn rẻ từ xenlulose
-Nghiên cứu phương pháp lên men trên hydrocacbua thuộc dãy parafin và khí thiên
nhiên nhờ các vi sinh vật.
Ở Anh hầu như toàn bộ các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này điều tập trung vào
lĩnh vực sản xuất protein từ vi sinh vật, để có thể thu được một loại protein mà về
giá trị dinh dưỡng có thể cạnh tranh được với nguồn protein bột cá và đậu tương.
Nhiều nước khác đang nghiên cứu chiết tách protein từ tế bào vi sinh vật để sử dụng
trực tiếp làm thức ăn cho người thông qua con đường làm thức ăn tổng hợp và nhân
tạo. Liên xô đẫ thành công trong việc chế trứng cá nhân tạo từ protein nấm men, ở
Mỹ, Nhật.. người ta chế thịt giả, batê từ các nguồn nguyên liệu này.

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 14

PHẦN II:
PROTEIN CĨ HOẠT TÍNH SINH HỌC(INSULIN và SOMATOPHINE)
Ở các bệnh di truyền thưịng có biểu hện thiếu hụt hay mất hẳn một Protein quan
trọng do gen bị bất hoạt .Trong khi chờ đợi liệu pháp gen phát triển đủ để thay thế
gen bệnh bằng gen lành ,biện pháp điều trị duy nhất hiện nay là cung cấp cho bệnh
nhân Protein bị thiếu.Giải pháp tối ưu là sử dụng có nguồn gốc từ người thì hiện nay
đang vất phải những khó khăn lớn về số lượng và chất lượng
•

INSULIN : trước đây được trích từ tuyến tụy bị ,lợn đơi khi gây ra dị ứng

cho một số người. Trong cơ thể nguời được tổng hợp dưới dạng Proinsulin gồm ba
chuỗi polipeptic A,B,C .Khi proinsulin chuyển thành insulin, chuỗi C được loại bỏ,
hai chuỗi A và B nối với nhau bởi hai cầu disunfua(-S-S) .Bằng kỷ thuật DNA nguời
ta đã tạo dòng riêng biệt gen mã hóa chuỗi A và B trong pBR322 .Các véctơ tải tổ
hợp được đưa vào vi khuẩn và hai loại Polipeptit được thu nhận riêng .Sau đó người
ta trộn chúng lại và xứ lý hóa học để tạo cầu nối disunfua giữa chúng .
•

SOMATOPHINE :là hoocmon tăng trưởng người (HGH-humangrow

hormone)
Dùng để chữa bệnh lùn do rối loạn tuyến yên ,chỉ có tác dụng khi có nguồn gốc từ
người .Trước kia HGM được lấy từ tuyến yên của người chết nhưng do số lượng rất
nhỏ nên không đáp ứng đủ nhu cầu .Người ta đã tạo dòng c.DNA HGH gắn với một
promoter mạnh (giúp tăng cường biểu hiện của gen) rồi đưa vào pBR322.Véctơ tái
tổ hợp sau đó được đưa v E.coli và HGM sẽ được thu nhận lại sau quá trình ni
cái vi khuẩn
Để hiểu rõ hơn về các protein có hoạt tính sinh học này ta cần phải biết một số kiến
thức cơ bản sau
1.Thế nào là tuyến nội tiết, ngoại tiếtvà hoomon ?
Các tuyến nước bọt ,tuyến tụy ,tuyến nhờn ,tuyến mồ hơi đều có ống dẫn đưa chất
tiết ra từ tuyến ra ngoài gọi là tuyến ngoại tiết .Ngồi các tuyến đó ,trong cơ thể cịn
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 15

có những tuyến mà các chất tiết ra được ngấm thắng vào máu,đua đến các tế bào
hoặc các cơ quan trong cơ thể ,được gọi lá tuyến nội tiết ;đó là tuyến yên tuyến
giáp,tuyến phó giáp,tuyến trên thận .Ngồi ra cịn có những tuyến ngọai tiết,vưà là
tuyến nội tiết như là tuyến tụy ,tuyến sinh dục .
Ơ đây ta chỉ cần nghiên cứu tuyến tụy và tuyến yên .Vì đây là tuyến mà các hoomon
insulin và somatotrophine được tríh ra từ đó .
•

Tuyến n :

Tuyến yên nằm trong hoc xương ở nền hộp sọ ,là một tuyến nhỏ bằng hạt đậu màu
trắng,nặng 0.5t 0.7 g;gắn với não bởi một cuống nhỏ
Tuyến yên gồm 3 thùy :Thùy trước,thùy giữa va thùy sau .Mỗi thùy có thể coi là một
tuyến nội tiết riêng .Tuyến yên là một tuyến quan trọng nhất trong các tuyến nội tiết
nhiều hoomon khác nhau.
-Thùy trước tiết các hoomon có ảnh hưởng đến sự tăng trưởng ,sự tăng đuờng huyết
và kích thích sự hoạt động của các tuyến nội tiết khác(tuyến giáp ,tuyến trên
thận,tuyến sinh dục...).Đáng chú ý là hoomon tăng trưởng ,hoomon này tiết quá
nhiều sẽ làm cho người quá khổ ,ngược lại nếu thiếu hoomon này trẻ em sẽ chậm lớn
hoặc ngừng lớn trở nên lùn.
-Thùy sau tiết ra các hoomon có ảnh hưởng đến sự trao đổi nước trong cơ thể ,sự co
thắt các cơ trơn đặc biệt là các cơ quan ở thành dạ con ,có loại hoomon lại gây cơ
mạnh làm tăng huyết áp
-Thùy giữa thường phát triển ở trẻ nhỏ ,đến khi người trưởng thành hầu như
giảm.Hoomon của thùy này có ảnh hưởng lên sự phân bố sắc tổ da
•

Tuyến tụy:

Ngồi các tế bào tiết dịch tiêu hóa(dịch tụy) theo ống dẫn đổ vào tá tràng ,tuyến tụy
cịn có những tế bào tập trung thành những tế bào gọi là đảo Langhêram tếit ra các
hoomon Insulin và glucagơn ,có tác dụng đối lập nhau giữ cho nồng độ glucose
trong máu luôn luôn ổn định.
Khi lượng glucose tăng quá 0.12% thì insulin được tiết ra để biến đổi glucose thành
glicôgen dữ trữ ở gan và cơ .Nếu luơng glucơ trong máu giảm xuống q mức bình
thường thì glucogơn do tuyến tụy tiết ra có tác dụng biến đổi glucogen thành glucose
để nâng nông độ glucose trong máu lên như cũ
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 16

Ngày nay ngươì ta đã điều chế đuợc insulin nhân tạo để chữa bệnh đái đường do rối
loạn hoạt động của tuyến tụy .Ơí những người bị bệnh này lượng insulin tiết ra ít do
đó lượng đường trong máu luôn vượt mức giưới hạn .Thận không giữ được glucose
nên khi đãi sẽ đựoc thái ra ngồi .Bệnh nặng thì người bệnh có thể chết
•

Hoocmon:

Hoocmon là những hợp chất hữu cơ được tạo thành trong cơ thể,có tác dụng như
những tín hiệu giữa các tế bào trong toàn bộ cơ thể. Hoocmon là sản phẩm tiết ra của
tuyến nội tiết,có một số tác dụng chính sau đây:

-Aính hưởng đến tốc dộ sinh tổng hợp enzym và protein
- Aính hưởng đến tốc dộ xúc tác của enzym
-Thay đỏi tính thấm của màng tế bào
-Điều khiển nhiều chức năng khác nhau như:tăng trưởng mô và té bào,nhịp đập
tim,áp suất máu,chức năng thận,sự tiết các enym tiêu hóa và các hoocmon khác,sự
tiết sữa và sự hoạt động của các hệ thống sinh sản.
2. Sơ lược công nghệ DNA tái tổ hợp và kĩ thuậtû tạo dòng:
Khi các nhà khoa học đã biết rõ gen là gì,cấu trúc phân tử cảu DNA cùng chức năng
của chúng,cũng như biết rõ các gen có thể được tái tạo lại do sự tổ hợp của các đoạn
DNA khác nhau và có thể được chuyển tử hệ gen này sang hệ gen khác,từ té bào này
sang tế bào khác mà chúng vẫn hoạt độüng với tư cách là đơn vị mã hóa,thì các nhà
khoa học đã sáng tạo ra kĩ thuật DNA tái tổ hợp(Ricombinant DNA ).Kĩ thuật DNA
tái tổ hợp được bắt dầu từ chọn dịng gen(gen cloning).Chọn dịng một gen nào đó
bao gồm kĩ thuật tách chiết gen đó(hoặc tạo ra gen đó bằng nhiều thủ thuật) và gắn
gen đó vào một vectơ và thơng qua vectơ đó để chuyển gen đó vào nơi cần
thiết.Vectơ thường chọn dòng là plasmid (là DNA có trong tế bào chất vi khuẩn)
hoặc DNA của virut. Kĩ thuật DNA tái tổ hợp và chon dòng gen được thực hiện từ
1972 trong phịng thí nghiệm của Paul Berg tại đại học Stanford, năm 1980 ông
được giải thưởng Nobel.
a. Công nghệ NDA tái tổ hợp:

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 17

DNA tấi tổ hợp là một DNA lai tìm được Invitro bằng cách tổ hợp 2 DNA từ hai loại
khác nhau.Mục đích là để tạo dòng (là sự tách lập và thu nhận nhiều bản sao đồng
nhất của 1 gen hay 1 đoạn DNA ) và để tổng hợp Protêin,vacxin,hcmn,enzym.
•

Các cơng đoạn chính tao DNA tái tổ hợp:gồm 3 cơng đoan chính

-Cơng đoạn chọn ngun liệu: chọn véc tơ chuyển gen (thường là plasmit);chọn
đoạn cài( là DNA cần tạo dịng);chọn các enzym cho q trình(như enzym RE để
cắt,enzym ligase để nối,enzym để khử và enzym để chuyển nhóm phosphat vào đầu
5`)
-Cơng đoạn cắt vói sự tham gia của enzym cắt giới hạn RE: gồm có cắt đầu bằng
hoặc đầu lệch
-Công đoạn nối với sự tham gia của enzym DNA ligase: gồm có nối đầu bằng và nối
đầu lệch
•

Các phương pháp tạo DNA tái tổ hợp:

-phương pháp sử dùng đầu lệch
-Phương pháp sử dụng đoạn nối linker
-Phương pháp sử dụng enzym Termino tranferase
•

Các phương pháp tạo DNA tái tổ hợp: gồm có phưong pháp biến nạp và

phương pháp tải nạp. Phương pháp biến nạp gồm có 5 phương pháp:
-Phương pháp hóa biến nạp
-Phương pháp điện biến nạp
-Phương pháp biến nạp tế bào trần

-Phương pháp bắn gen
-Phương pháp vi tiêm
b.Kỹ thuật tạo dòng gen:
Tạo dòng là sự tách lập và thu nhận dịng vi sinh vật có cùng nguồn gốc và tổ
tiên..Kĩ thuật tạo dòng về thực chất là bao gồm phải đính 1 DNA cần tạo dịng vào 1
vectơ tạo dịng bằng phương pháp hóa sinh.Sau đó đưa phân tử lai vào tế bào chủ
đã chọn lựa thông qua biến nạp hoặc tải nạp nhằm thu được lượng lớn gen hoặc
DNA cần thiết.Nếu tổng hợp Protein thì gen cần tạo dịng phải mã hóa sinh tổng hợp
protein đó.Các bước cơ bản của kĩ thuật tạo dịng: gồm 6 bước
-Chọn và xử lí DNA
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 18

-Chọn và xử lí véctơ
-Tạo DNA tái tổ hợp(vectơ tái tổ hợp)
-Đưa vectơ tái tổ hợp vào tế bào chủ
-Phát hiện dịng cần tìm
-Phân tích, thu nhận sản phẩm của gen tái tổ hợp(nếu sản phẩm là protein thì làm
sạch bằng phương pháp lắng,lọc ,li tâm,kết tủa hoặc trao đổi ion)
3. INSULIN và SOMATOPHINE ‘’sản phẩm của sự tạo dòng”:
a. Insulin:
Insulin là chất protein đầu tiên mà cấu tạo của nó đã được nghiên cứu rất chi tiết,và
cấu trúc bậc nhất của nó đã được phát hiện hồn tồn.Cơng trình khoa học có giá trị
rất to lớn này đã được nhà hóa sinh học người Anh F.Sanger cùng với trường phái

của ông ta tiến hành từ năm 1945 đến 1955.Do cơng trình nghiên cứu khoa học rất vĩ
đại này mà Sanger đã được giải thưởng Nobel.
•

Cấu tạo và vai trị của Insulin:

Insulin là một chất kích thích tố hay cịn gọi là hoocmon có bản chất protein.Nó
được hình thành trong tế bào bêta của đảo Largerrhan của tuyến tụy của người và
động vật..Danh từ insulin được hình thành từ chữ la tinh insula,có nghĩa là
đảo,nhằm nhấn mạnh rằng chất protein này được hình thành ở đảo Largerhan.
Insulin có trọng lượng phân tử 6000 ,nó là một trong số các protêin đơn giản nhất
mà người ta đã phất hiện được.Tòa nhà insulin được xây dựng nên từ 51’’ viên
gạch’’ axitamin chia làm 2 tầng(2 chuổi): tầng A (chuổi A) có 30 ‘’viên gạch’’ ,
chuổi B (tâng B ) cos 21 “viên gạch” axitamin. Hai chuổi Avà B được nối với nhau
nhờ 2 liên kết disunffua(-S-S-) mà người ta có thể hình dung là một cách cụ thể là 2
cầu thang disunfua.Ở chuổi A cịn có một cầu nối disunfua nữa.
Vai trị chính của insulin là điều tiết lượng đường trong máu. Ở người insulin hoàn
thành máy chức năng sau:
-Làm tăng việc sử dụng glucose từ máu bởi các mô cơ và các tổ chứu của gan,do đó
làm tăng trữ lượng glicogen trong gan cũng như trong các bắp thịt.
-Tăng cường sự oxi hóa glucose trong các tế bào
-Thúc đảy sự tạo thành mỡ từ đường glucose
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 19

Theo các nhà khoa học thì Insulin có chức năng như một người lính gác của thành tế
bào.Khi thiếu Insulin thì glucose khơng thể đi qua thành tế bào được.Nó sẽ dễ dàng
đi qua khi có mặt của insulin.Vận tốc tiết Insulin sẽ điều chỉnh mức đường trong
máu. khi ta ăn nhiều đường ,mức đường trong máu tạm thời tăng cao.Điều này sẽ
kích thích sự tiết Insulin của tuyến tụy và do đó làm giảm lượng đường trong
máu.ĐóÏ là quy luật.

Nếu vì một lí do nào đó mà Insulin khơng có mặt,ví dụ trong bệûnh đái đường,thì
việc sử dụng glucose sẽ bị rối loạn nghiêm trọng và lượng thừa glucose trong máu sẽ
dẫn đến hiện tượng tăng đương huyết.Trong trường hợp này htường mức đương
trong máu tăng đến mức mà người ta gọi là ngưỡng thận và khi đó glucose sẽ xuất
hiện ở nước tiểu,tức đi đái ra đường.Khi thiếu insulin ở thời gian đầu,điều đó cũng
chưa phải là nguy hiểm lắm cho các tế bào bắp thịt và gan vì các tế bào này trong
trường hợp cần thiết có thể thu năng lượng do một nguồn khác cung cấp.Tuy nhiên
nếu thiếu insulin mãi mãi thì bẹnh đái đường sẽ dẫn đén nghiêm trọng,gây rối loạn
sâu xa về sự trao đổi protein,trao đổi mỡ,trao đổi chất đường,trao đổi chất điện li và
cân bằng axit-base trong cơ thể bị phá hủy.Cuối cùng người bệnh sẽ chết nếu khơng
tiêm insulin vào.
•

Tổng hợp Insulin trong cơ thể:

SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 20

Trong cơ thể,insulin được hình thành ở tuyến tụy.Phân tử insulin gồm 2 sợi
polipeptit (sợi A có 30 aminoaxit,sợi B có 21 aminoaxit) nối với nhau bằng cầu nối
disunfua. Insulin hoạt tính này là kết quả của sự cải biên dần dần 2 phân tử tiền thân
:preproinsulin và proinsulin .Gen mã hóa insulin gồm 2 exon mã hóa cách nhau bởi
một intron khơng mã hóa.Sau khi cắt nối thì bản sao m-RNA dịch mã thành sợi
polipeptit dài 108 aminoaxit gọi là sợi preproinsulin.Sợi này khi đi qua mạng lưới
nội chất thì đoạn peptit tín hiệu (là đoạn đầu của preproinsulin, dài 24 aminoaxit) bi
giữ lại Kết là hình thành nên sợi proinsulin (gồm 84 gốc aminoaxit).Sợi này đi vào
bộ máy Gogi ,tại đây enzym cải biên loại đi 33 aminoaxit ở phần giữa của đoạn
nối(tức sợi C ) và giữ lại 2 sợi A và B, được nối với nhau nhờ cầu nối disunfua.Kết
quả là sợi insulin hoạt tính được hình thành ( dài 51 aminoaxit.) và đựoc giữ lại
trong các hạt tiết để tiết vào dịng máu.
•

Sản xuất Insulin :

Trước đây sự tổng hợp hóa học các chất protein được coi như một điều không
tưởng,không thực tế và được coi như một mơ ước không thể nào thực hiện
được.Nhưng dần dần do tiến bộ của khoa học kĩ thuật,việc tổng hợp thành công
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 21

insulin và một số protein khác trong phịng thí nghiệm đã chứng minh rằng khơng
phải bằng con đường sinh học mà bằng con đường hóa học hồn tồn người ta có thể
tổng hợp nên protêin-cơ sở của sự sống.Ngay sau khi cấu tạo của insulin được phát
hiện năm 1955 thì năm 1957 thì người ta đã đặt vấn đề tổng hợp insulin bằng con
đường hóa học.Đến năm 1965 thì hầu như đồng thời các nước Trung Quốc,cộng hịa
liên bang Đức,Hoa Kì đã cơng bố hồn thành tổng hợp nên insulin trong phịng thí
nghiệm.Cơng việc này phải mất từ 3 đến 5 năm và phải trải qua nhiều phản ứng mới
hoàn thành.Tuy nhiên các chất insulin tổng hợp bằng con đường hóa học này dều có
hoạt tính thấp so với insulin tự nhiên.Ngưịi ta vẫn khơng hiểu nguyên nhân là tại
sao.Mãi đến 1970-1971,nhà hóa sinh học người Anh ,bà Hogdkin (người đã đuợc
tặng giải thưởng Nobel) mới phát hiện ra nguyên nhân này.Bằng phương pháp đồ thị
rơngen,bà phát hiện thấy trong insulin tổng hợp người ta đã nói sai mất một cầu
thang disunfua .Và sau khi sửa lại đúng vị trí của cầu thang này như ở tịa nhà
insulin tự nhiên thì tịa nhà insulin nhân tạo cũng tăng vọt lên gần bằng hoạt tính của
insulin tự nhiên.Điều này vơ cùng lí thú. Đặc biệt hơn,trong lỉnh vực tổng hợp
protein,người ta đã đạt đực những thành tựu vô cung rực rỡ do việc thiết kếï nên một
máy tổng hợp tự động làm việc theo một chương trình định sẵn.Để xây dựng nên tịa
nhà insulin thì chỉ cần 3 tuần lễ,trong khi đó với sức người và với phương pháp cổ
điển phải mất từ 3 đến 5 năm..Cũng cần nói thêm rằng việc tổng hợp nhân tạo các
chất protein là một bước tiến rất dài rất quan trọng trong chặng đường tiềm hiểu bí
ẩn của sự sống.
Ngày nay người ta đã sản xuất insulin bằng phương pháp tạo dòng, dần đáp ứng nhu
cầu của con người cả về số lượng lẩn chất lượng.Công ti Eli Lilly đã sản xuất thành
cơng insulin bằng phương pháp tạo dịng năm 1979.Kĩ thuật tạo dòng insulin gồm
các bước cơ bản sau:
-Tổng hợp gen tái tổ hợp ra sợi A
-Tổng hợp gen tái tổ hợp ra sợi B
-Gắn DNA của sợi A và B vào plasmid đặc biệt
-Đưa plasmid vào E.coli
-Tiến hành ni cấy (nhân dịng gen)

-Tách và làm sạch sợi A và B
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 22

-Ủ hai sợi A và B theo đúng tỉ lệ trong điều kiện nhất định để tạo cầu nối disunfua.
b. Somatotrophine:
Người ta hay gọi những người có tầm vóc rất nhỏ là những người lùn,nhưng giưã
người lùn và người tí hon có sự khác nhau.Người tí hon là người ít phát triển và có tỉ
lệ tầm vóc bình thường hoặc hầu như bình thường giữa các phần của cơ thể.Còn ở
người lùn tỉ lệ này bị rối loạn nữa thân trên và đầu của họ rất to so với chân.Ở người
lùn ta thấy một dạng loãng xương sụn,tức là sự rối loạn về di truyền vốn thể hiện
trong hoạt động sống của sụn ở trên các đầu cuối của xương ống.Những sụn phát
triển khơng bình thường này làm cho xương không phát triển được..Trong việc
nghiên cứu sự rối loạn về di truyền này trong mấy chục năn gần đây người ta đã đạt
đựơc những thành tựu đáng kể.Người ta xác định được rằng các rối loạn này sinh ra
trong trường hợp khi mà cơ thể hình thành nên các chất phức tạp,tức là
mucopolisaccarit bị rối loạn.Người ta cũng biết được rằng nếu những người nào đó
khơng đủ kích thước bình thường thì điều đó có nghĩa là họ khơng đủ hoocmon sinh
trưởng(kích thích tố sinh trưởng) do tuyến yên tiết ra ,có tên gọi là Somatotrophine
hay HGH (human growth hormone). Phần trước của tuyến yên với tư cách là người
điều khiển,là người nhạc trưởng của dàn giao hưởng nội tiết của cơ thể,chịu trách
nhiệm điều hịa sự sinh trưởng.Có thể nói rằng việc sản sinh ra kích thích tố sinh
trưởng này được quy định bởi yếu tố di truyền.Những người bị bệnh có hoạt tính
tuyến yên lớn đều phát triển rất nhanh,còn những người nào mà ở tuổi ấu thơ tuyến

yên bị rối loạn vì u ác tính thì phát triển rất chậm.
Somatotrophine (HGH) là một hoocmon được tổng hợp và bài tiết bởi tuyến n
,được hình thành 191 gốc aminoaxit,có vai trị quan trọng đến sự phát triển của trẻ
em.Ngày nay nó được sản xuất nhờ tế bào vi khuẩn E.coli theo kĩ thuật DNA tái tổ
hợp Trong đó 24 aminoaxit đầu được tổng hợp bằng phương pháp hóa học,từ
aminoaxit thứ 25 đến thứ 191 được tách từ bản sao c-DNA (tức DNA bổ sung) của
m-RNA hoocmon sinh trưởng người lấy từ tuyến yên .Hoocmon sinh trưởng người
tái tổ hợp khác với hoocmon sinh trưởng người bìng thường bởi 1 aminoaxit ( là do
E.coli khơng có khả năng loại bỏ gốc methionin khởi đầu mà nó thường bị loại sau
dịch mã trong tế bào người).
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 23

4.Từ sinh học phân tử đến kỹ thuật gen và cơng nghệ sinh học
Trong vịng hơn 10 năm qua,người ta đã có hơn 100 chất tao ra bằng công nghệ gen
đẻ đưa vào nghiên cứu nghiệm lâm sàn. Kháng sinh thế hệ mới thu về 12 tỉ
USD,thuốc trừ sâu sinh học thu về 8 tỉ USD,công nghệ giống cây trồng(kể cả
invitrơ) thu về 120 ti USD.. .Trong đó có khoảng 30-40 chất đượcphép đưa ra thi
trường với doanh thu là trên 100 triệu USD cho mội chất.Chẳng hạn hoocmon tăng
trưởng HGH đã đêm về doanh là575 triệu USD.Insulin điều tri bệnh tiểu đường ra
đời đầu tiên do hãng Eli Lilly sản xuất ra đã đêm về lợi nhuận 625 triệu USD.
Sở dĩ ta đạt được những kết quả to lớn như vậy là do sự phát triển như vũ bão của
cơng nghệ sinh học.Nó được coi như là một công nghệ cao trong nền kinh tế tri
thức.Công nghệ sinh học là tập hợp tất cả các nghành khoa học và công nghệ(sinh

học phân tử,di truyền học,vi sinh vật học,sinh hóa học và cơng nghệ học)nhằm tạo ra
các công nghệ khai thác ở quy mô công nghiệp các hoạt động sống cúa vi sinh vật,tế
bào động vật và thực vật để sản xuất các sản phẩm có giá trị phục vụ đời sống,phát
triển kinh tế xã hội và mơi trường.Cơng nghệ sinh học hiẹn đại chính thức được
chăm lo và chú trọng phát triển từ những năm đầu của thập kỉ 80 tại các nước phat
triển,còn các nước phát triển thì chủ yếu từ những năm 90 trở lại đay.Đến nay hầu
hết các nước đều coi CNSH là một hướng khoa học công nghệ ưu tiên đầu tư và phát
triển.Căn cứ vào tỷ lệ kinh phí đầu tư cho nghên cứu ứng dụng và triênø khai của các
doanh nghiệp dành cho CNSH ,người ta phân thàn ba loại nước có trình độ phát triển
CNSH khác nhau .Loại nước dẫn đầu tỷ lệ này lên tới 70% (Mỹ,Đức ,Nhật) ,những
nước loại trung bình mới có 30% (Hàn Quốc,Singapo),cịn nhưng nước đang phát
triển thì tỷ lệ đó hầu như không đáng kể .
Công nghệ sinh học bắt đầu là sinh học phân tử. Sinh học phân tử (Molecular
Biology) được khai sinh từ năm 1953 là năm công bố cơng trình của hai nhà khoa
học J.D.Watson và F.Crick về cấu trúc của phân tưADN (axit deoxyribonucleic) là
phân tử chứa thông tin di truyền (hai ông đã được Giải thưởng Nobel năm 1964) .û
Sinh học phân tử được xem là khoa học nghiên cứu cấu tạo, chức năng ,sự phát sinh
và phát triển của thế giới sống ở mức độ phân tử .Tất cả các tính trạng hình thái và
sinh lí của bất kì một cơ thể sống đều do phân tử protein qui định.Tính đa dạng sinh
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 24

học , tính đặc trưng trong cấu tạo mô , cơ quan của cơ thể , tính trao đổi chất , ainh
trưởng , sinh sản , phản ứng và thich nghi với môi trường sống , cơ thể lành hay cơ

thể bệnh đêuö do protein quyết định .Đến lượt mình phan tử protein do các gen (tức
phân tử DNA ) quyết định.Khi một gen nào đó sản sinh ra m-RNA và từ m-RNA sản
sinh tổng hợp nên proiein do gen mã hóa ,người ta bảo đó là sự biểu hiện hay gen
hoạt động .Trong tế bào và trong cơ thể tùy giai đọa phát triển tùy điều kiện mơi
trường ,các gen trong hệ gen có thể ở trạng thái đóng (khơng biểu hiện ),hoặc có thể
ở trạng thái mở (biểu hiện) chính do cơ chế -mở của gen dưới tác dụng của các nhân
tố nội và ngoại bào thông qua phần tử protein mà gen điều chính được mọi cấu
trúc ,hoạt động sống của tế bào và cơ thể . Sự sai lệch trong cấu trúc của gen hoặc sự
sai lệch trong chương trình đóng mở của gen đều có thể dẫn tới sai lệch trong cấu tạo
của mô ,của cơ quan cũng như sai lệch trong các quá trình sinh lý của cơ thể dẫn tới
tình trạng bệnh lý. Khi các nhà khoa học đã biết gen là gì thì họ đã sáng tạo ra kỹ
thuật DNA tái tổ hợp và chọn dòng gen .Bằng con đường này nguời ta đã tạo ra
Insulin trị bệnh tiểu đường .Trước năm 1982 Insulin được chiết tách từ tụy tạng lợn
và bò nhưng do quá đắt và gây dị ứng cho bệnh nhân ,vì vậy các nhà kỹ thuật gen đã
sản xuất Insulin người trong tế bào vi khuẩn DNA tái tổ hợp để cung cấp cho thị
trường với số lượng lớn và giá cả rẻ hơn nhiều .Loại dược phẩm thứ hai được sản
xuất theo kỹ thuật gen là hoomon tăng trưởng người HGH ,cũng được sản xuất
thông qua vi khuẩn E.coli từ năm 1985.Kathy ,bệnh nhân lùn đầu tiên được các bác
sỹ cho tiêm HGH (sản xuất trong E.coli ) từ lúc mười tuổi sau đó em sinh trưởng
bình thường ,đạt độ cao như một thanh niên khỏe mạnh .Người ta đã xây dựng được
ngân hàng DNA tái tổ hợp và chọn dòng DNA bằng nhân bản DNA nhân nhiều
trong phịng thí nghiệm với kỹ thuật PCR tự động .Hiện nay các nước Anh Mỹ Pháp
Đức Nhật đều xây dựng các ngân hàng gen để lưu trữ các gen,các DNA với lý lịch
chính xác về cấu trúc và chức năng để cung cấp cho bất kỳ khách hàng nào ,như là
thương phẩm .Với kỹ thuật PCR tự động các kỹ sư công nghệ sinh học có thể phân
tích gen cụ thể cũng như hệ gen hoặc tạo ra các gen mong muốn và nhân bán chúng
để sử dụng cho mục đích khác nhau như tạo ra các sản phẩm có ích ,thuốc chữa bệnh
chuyển gen từ cơ thể này sang cơ thể khác phục vụ cho y-dược,nông nghiệp công
nghiệp .Như vậy kỹ thuật gen đã trở thành công nghệ di truyền và công nghệ di
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A


ÂÄƯ ẠN CÄNG NGHÃÛ I

Trang 25

truyền đã phát triển thành cơng nghệ sinh học (tức là q trình di truyền vào trong
sản xuất trong nông-lâm -ngư nghiệp,y-dược,công nghiệp cũng như xứ lý môi
trường ,trên cơ sở sinh học phân tử ở mức độ DNA và protein) .Trong đó đáng chú ý
là phương pháp và kỹ thụât nuôi cái tế bào cơ thể bậc cao in vitro,kỹ thuật lai tế bào
soma, kỹ thuật chuyển gen ,nhân bản vơ tính động thựcvật

PHẦN III: KẾT LUẬN
Với sự phát triển như vũ bão của kỹ thuật di truyền nói riêng và cơng nghệ sinh học
nói chung,ngày nay sản xuất protein đã trở thành một ngành cơng nghiệp.Bằng kỹ
thuật tạo dịng gen cho phép ta sản xuất được nhiều loại protein khác nhau không
những với số lượng lớn mà cịn có chất lượng tốt hơn nữa. .Nhiều protein được
nhanh chống sản xuất nhờ các vi sinh vật như E.coli hay nấm men Saccharomyces
cerevisiae .Đến nay có hàng trăm loại protein được sản xuất nhờ kỹ thuật tạo
dịng,trong đó hàng chục loại được bán ra thị trường. Điển hình là insulin chữa bệnh
tiểu đường và somatotrophin chữa bệnh lùn.Do tốc độ sinh trưởng nhanh ,nên các vi
sinh vật sản sinh ra các protein với số lượng lớn trong thời gian ngắn .Sản phẩm
được tinh sạch không sợ virut như trường hợp chiết tách từ cơ thể người.Trồng trọt
và chăn ni gen có thể đưa đến sự sản xuất ở quy mô công nghiệp các protein phức
tạp không biểu hiện được ở vi khuẩn và nấm men như collagen của người, có ứng
dụng quan trọng trong làm lành da, ghép mô và trị bệnh da .
Một trong những thành quả đặc biệt của kĩ thuâtû tái tổ hợp DNA là cho phép chế
tạo ,phát triển và tách các protein được cải thiện hoạt tính hay protein hồn tồn

mới.Nhở kĩ thuật tạo dịng con ngươì khơng những sản xuất một loại protein với số
lượng lớn,mà cịn có thể sản xuất nhiều loại protein mới được biến đổi về chất
lượng.Trường hợp đơn giản nhất của chế tạo protein là sử dụng đột biến điểm định
SVTH :Lã Trung Ninh

Låïp 00H2A