Giải SGK Chuyên đề Sinh học 10 Bài 5. Khái quát về công nghệ enzyme

- Công nghệ enzyme là quy trình kĩ thuật tách chiết và tinh sạch enzyme dùng cho nghiên cứu cũng như ứng dụng trong thực tiễn.

- Các chế phẩm của enzyme được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như: sản xuất thuốc chữa bệnh, chế biến thức ăn cho người và gia súc, xử lí ô nhiễm môi trường, sản xuất bột giặt và các chất tẩy rửa,…

Thành tựu nổi bật của công nghệ enzyme qua các thời kì:

Từ những năm 30 của thế kỉ XX đến nay, công nghệ enzyme phát triển lên một tầm cao mới và đã giải quyết được nhiều vấn đề phục vụ cho thực tiễn như:

- Xử lí phế phụ phẩm từ nông nghiệp như bã mía, rơm rạ, cỏ,.. để sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai nhờ ứng dụng hoạt động của enzyme cellulase.

- Sản xuất được các enzyme làm chín trái cây, tạo mùi hương thay thế các hợp chất hóa học độc hại.

- Mở ra triển vọng xử lí rác thải nhựa bằng công nghệ enzyme.

- Nghiên cứu thành công enzyme cắt giới hạn, khởi đầu cho những thành tựu trong y học như tái tổ hợp gene.

- Nghiên cứu hệ enzyme CRISPR/Cas được sử dụng để sửa chữa DNA trong các bệnh lí di truyền ở người, biệt hóa tế bào gốc thành nhiều loại tế bào khác nhau, tạo ra sinh vật biến đổi gene với hiệu quả cao.

Cấu trúc hoạt động của enzyme dị lập thể:

- Enzyme dị lập thể là loại enzyme trong cấu trúc có một hoặc vài vị trí dị lập thể. Trung tâm hoạt động tiếp nhận cơ chất để xúc tác cho phản ứng, trong khi vị trí dị lập thể liên kết với chất tác dụng để điều chỉnh hoạt động xúc tác (ức chế hay tăng cường) của enzyme.

- Phân tử enzyme dị lập thể có thể có loại vị trí dị lập thể dương, loại vị trí dị lập thể âm hoặc cả hai. Trong cơ thể sống, vị trí dị lập thể âm rất quan trọng và phổ biến, thường thể hiện ở cơ chế ức chế ngược để đảm bảo tế bào không tạo ra các chất thừa so với nhu cầu.

Những đặc tính ưu việt của enzyme là cơ sở khoa học của việc ứng dụng công nghệ enzyme trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống:

- Enzyme có trung tâm hoạt động liên kết đặc hiệu với cơ chất. Do đó, mỗi enzyme chỉ tác động lên một hay một số chất có cấu hình không gian tương ứng tạo nên tính đặc hiệu của enzyme.

- Một số enzyme có vùng cấu trúc dị lập thể, có thể liên kết với chất hoạt hóa dị lập thể để ức chế hoặc tăng cường hoạt động của enzyme. Do đó, có thể ứng dụng trong điều trị bệnh hoặc chủ động sản xuất các chế phẩm với số lượng mong muốn.

- Enzyme có điều kiện hoạt động ôn hòa. Đồng thời, nhờ khả năng làm giảm năng lượng hoạt hóa, phản ứng có enzyme xúc tác xảy ra nhanh hơn nhiều lần so với khi xúc tác bằng chất hóa học khác; enzyme cũng có khả năng xúc tác chuyển hóa cho một lượng cơ chất rất lớn chỉ với lượng enzyme rất nhỏ. Do đó, enzyme sử dụng trong các lĩnh vực sản xuất sẽ tiết kiệm được chi phí, thời gian giúp tăng hiệu quả sản xuất, hạ giá thành sản phẩm.

- Nguồn nguyên liệu để thu nhận enzyme rẻ tiền; dễ kiếm; không gây độc cho con người, các sinh vật khác và môi trường.

Enzyme trong hình có 2 vị trí là trung tâm hoạt động và vị trí dị lập thể:

- Khi không có chất hoạt hóa dị lập thể liên kết tại vị trí liên kết dị lập thể, cơ chất không thể liên kết được với trung tâm hoạt động của enzyme do cấu trúc của trung tâm hoạt động không tương thích dẫn đến enzyme bị bất hoạt.

- Khi chất hoạt hóa dị lập thể liên kết tại vị trí dị lập thể, làm cho cấu hình trung tâm hoạt động của enzyme thay đổi, trung tâm hoạt động lúc này tương thích với cơ chất, enzyme hoạt động xúc tác phản ứng để tạo thành sản phẩm.