Bài giảng Sinh học Lớp 10 Sách Cánh Diều - Bài 10: Ứng dụng và triển vọng của công nghệ enzym - Năm học 2022-2023

So với việc sử dụng chất xúc tác hóa học và các tác nhân vật lí, việc sử dụng enzyme trong các quy trình sản xuất và đời sống làm giảm chất thải gây ô nhiễm môi trường, giúp chúng ta “sống xanh” hơn (hình 10.1). 
Liệu chúng ta có thể “sống xanh” hơn nữa bằng cách giảm sử dụng, sử dụng lại hoặc tái chế enzyme để giảm thiểu việc tiêu tốn năng lượng, phát thải khí CO 2 , nước thải và các phế phụ phẩm cần được xử lí trong quy trình sản xuất enzyme không? 
Chúng ta có thể “sống xanh” hơn nữa bằng cách giảm sử dụng, sử dụng lại hoặc tái chế enzyme để giảm thiểu việc tiêu tốn năng lượng, phát thải khí CO 2 , nước thải và các phế phụ phẩm cần được xử lí trong quy trình sản xuất enzyme. Muốn tái sử dụng chế phẩm enzyme cần có phương pháp giữ cho enzyme không bị biến tính như cố định enzyme. 
Tiết 22, 23 – Bài 10: ỨNG DỤNG VÀ TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ ENZYM 
ỨNG DỤNG ENZYM 
Ứng dụng các loại chế phẩm Enzym 
Ứng dụng chế phẩm enzyme tự do (Free Enzym) 
- Enzyme thường được dùng ở dạng tự do khi cơ chất là các chất không tan như cellulose, tinh bột, các chế phẩm và phụ phẩm dạng rắn trong công nghiệp chế biến, 
- Enzyme thường được dùng ở dạng cố định khi muốn tái sử dụng enzyme nhiều lần và cơ chất ở dạng hòa tan. 
- Enzyme thường được dùng ở dạng trong tế bào khi sản phẩm chuyển hóa đòi hỏi sự xúc tác của enzyme có gắn với coenzyme hoặc của phức hệ nhiều enzyme phức tạp trong tế bào, đòi hỏi năng lượng ATP. 
Khi nào enzyme được dùng ở dạng tự do, cố định hay trong tế bào? 
I. ỨNG DỤNG ENZYM 1. Ứng dụng các loại chế phẩm Enzym a. Ứng dụng chế phẩm enzyme tự do (Free Enzym)  
Nêu các ưu điểm, nhược điểm của chế phẩm enzyme tự do. 
- Ưu điểm của chế phẩm enzyme tự do: Các enzyme trong chế phẩm tự do tiếp xúc với cơ chất, không bị giới hạn không gian, do vậy, chúng thể hiện được đầy đủ hoạt tính của mình. 
- Nhược điểm: Các enzyme tự do rất dễ bị biến tính bởi các điều kiện môi trường (nhiệt độ, pH, các chất ức chế, ). 
I. ỨNG DỤNG ENZYM 1. Ứng dụng các loại chế phẩm Enzym a. Ứng dụng chế phẩm enzyme tự do (Free Enzym)  
Nêu các ưu điểm, nhược điểm của chế phẩm enzyme tự do. 
- Ưu điểm của chế phẩm enzyme tự do: Các enzyme trong chế phẩm tự do tiếp xúc với cơ chất, không bị giới hạn không gian, do vậy, chúng thể hiện được đầy đủ hoạt tính của mình. 
- Nhược điểm: Các enzyme tự do rất dễ bị biến tính bởi các điều kiện môi trường (nhiệt độ, pH, các chất ức chế, ) 
I. ỨNG DỤNG ENZYM 1. Ứng dụng các loại chế phẩm Enzym a. Ứng dụng chế phẩm enzyme tự do (Free Enzym)  
- Enzym tự do ( enzym tan): dạng bột hoặc dung dịch 
- Khi hoạt động không bị giới hạn bởi không gian 
- Dễ bị biến tính bởi đk môi trường 
- Chế phẩm enzym tự do được dùng phổ biến trong công nghiệp, nông nghiệp và đời sống. 
b. Ứng dụng chế phẩm enzym cố định ( enzym không tan) 
Người ta có thể tái sử dụng enzyme bằng những cách nào? 
Người ta có thể tái sử dụng enzyme bằng cách cố định enzyme. Enzyme có thể được cố định trong các hạt vi nang hoặc được hấp phụ, gắn trên các giá thể bằng các liên kết khác nhau, nhờ đó, enzyme vẫn giữ được hoạt tính xúc tác nhưng thường không hòa tan vào dung dịch có chứa cơ chất giúp enzyme được tái sử dụng nhiều lần. 
b. Ứng dụng chế phẩm enzym cố định ( enzym không tan) 
Quan sát hình 10.2 và cho biết kĩ thuật cố định enzyme từ (a) đến (e) thuộc loại nào sau đây? 
(1) Cố định trong vi nang. 
(2) Hấp phụ trên giá thể. 
(2) Gắn trên giá thể bằng các liên kết khác nhau. 
 Kĩ thuật cố định enzyme (a), (b) thuộc loại cố định trong vi nang. 
- Kĩ thuật cố định enzyme (c), (d), (e) thuộc loại gắn trên giá thể bằng liên kết khác nhau. 
b. Ứng dụng chế phẩm enzym cố định ( enzym không tan) 
- Chế phẩm enzym cố định (enzym không tan): Enzym được giữ hoặc gắn trong một vùng, một khoang cố định hay của thể hay chất mang. 
- Enzym cố định vẫn giữ được hoạt tính nhưng thường không hòa tan vào dung dịch có chứa cơ chất do vậy dễ tách ra khỏi sản phẩm bà được tái sử dụng nhiều lần. 
- Enzym cố định hoạt động hiệu quả với cơ chất hòa tan trong dung dịch, cơ chất di chuyển được và tiếp xúc với enzym dễ dàng 
- Enzym cố định dùng trong que thử nhanh, cảm biến sinh học,... 
c. Ứng dụng chế phẩm enzym trong tế bào 
Quan sát hình 10.3 và cho biết cơ chất A được chuyển hóa thành sản phẩm B nhờ những enzyme nào trong tế bào? Các enzyme đó cần hỗ trợ gì từ tế bào? 
- Cơ chất A được chuyển hóa thành sản phẩm B nhờ các enzyme-1, enzyme-2 và enzyme-3 trong tế bào. 
- Sự hỗ trợ từ tế bào đối với hoạt động của enzyme: Sự hoạt động của enzyme-2 cần có các tiền chất hoặc coenzyme từ chu trình trao đổi chất của tế bào 
c. Ứng dụng chế phẩm enzym trong tế bào 
- Trong tế bào, một số quá trình chuyển hóa cần có sự xúc tác của Enzym nội bào 
- Enzym nội bào giúp giảm chi phí tinh sạch, giảm sự biến tính của Enzym do tác động của môi trường. 
-Hạn chế: do cơ chất phải đi qua màng sinh chất để vào trong tế bào và sản phẩm phải đi ra khỏi tế bào nên tốc độ phản ứng của enzym bị chậm 
c. Ứng dụng chế phẩm enzym trong tế bào 
Nêu các ưu điểm và hạn chế của kĩ thuật sử dụng enzyme trong tế bào so với sử dụng enzyme tự do. 
Ưu điểm: giảm chi phí tinh sạch enzyme, giảm thiểu sự biến tính của enzyme do các tác động từ môi trường. 
Hạn chế: cơ chất cần phải đi qua màng tế bào để vào trong tế bào, sản phẩm cần phải đi qua màng tế bào để ra ngoài môi trường dẫn đến tốc độ phản ứng enzyme bị chậm lại. Việc duy trì sinh trưởng của tế bào cũng gặp khó khăn đối với các vi sinh vật sống ở điều kiện khắc nghiệt. 
2. Ứng dụng của Enzym trong một số lĩnh vực 
Emzym được ứng dụng trong những lĩnh vực nào của đời sống? 
2. Ứng dụng của Enzym trong một số lĩnh vực a. Ứng dụng của enzym trong công nghệ thực phẩm 
Nêu tên một số chế phẩm enzyme được dùng trong công nghiệp chế biến thực phẩm mà em biết. 
Tên một số chế phẩm enzym được dùng trong công nghiệp chế biến thực phẩm: 
Enzym amylase 
Enzym protease: chymosin, bromelain... 
Enzym thuỷ phân 
Enzym oxy hoá khử 
2. Ứng dụng của Enzym trong một số lĩnh vựca. Ứng dụng của enzym trong công nghệ thực phẩm 
Quan sát hình 10.4 và cho biết các enzyme được sử dụng trong quy trình sản xuất syrup HFCS thực hiện xúc tác các phản ứng nào trong quy trình đó. 
Nhóm enzyme amylase xúc tác trong quá trình dịch hóa và đường hóa thành glucose. 
Enzyme glucose isomerase xúc tác trong quá trình đồng phân hóa để chuyển hóa glucose thành fructose. 
2. Ứng dụng của Enzym trong một số lĩnh vực b. Ứng dụng của Enzym trong y dược học 
Đọc bảng 10.1 và cho biết enzyme được dùng trong các ứng dụng nào của ngành y dược. 
2. Ứng dụng của Enzym trong một số lĩnh vực b. Ứng dụng của Enzym trong y dược học 
- Enzyme được ứng dụng trong y dược thường có độ tinh sạch cao tránh gây phản ứng phụ cho người sử dụng. 
- Một số Enzym sử dụng dạng thuốc uống cần được bao bọc trong các vi nang để tránh được tác động của enzym tiêu hóa và dịch tiêu hóa. 
- Enzyme được ứng dụng trong y dược: 
Sản xuất thuốc: L-aspartate, L-aspartame, 6-amino penicillanic acid. 
Chỉ thị chẩn đoán: cơn đau tim, men gan cao. 
Hỗ trợ thuốc: tăng tính đẫn thuốc, thuốc hấp thụ sâu vào cơ thể. 
Hỗ trợ tiêu hóa: tăng cường tiêu hóa, chống đầy bụng, khó tiêu. 
Trị liệu: làm tan máu đông, chống viêm, sưng tấy. 
2. Ứng dụng của Enzym trong một số lĩnh vực c. Ứng dụng của enzym trong kĩ thuật di truyền 
Trong quy trình tạo dòng DNA tái tổ hợp (hình 9.3, bài 9), enzyme được dùng trong những bước nào? Chúng là những enzyme nào? Nêu vai trò xúc tác của các enzyme đó. 
2. Ứng dụng của Enzym trong một số lĩnh vực c. Ứng dụng của enzym trong kĩ thuật di truyền 
- Hầu hết các enzym dùng trong kĩ thuật di truyền là enzym tái tổ hợp 
- Enzym là công cụ đắc lực trong các bước	 thao tác của kĩ thuật di truyền như: 
Sử dụng các lysozyme, cellulase, protease nhằm phá vỡ thành, màng tế bào để thu vật liệu di truyền. 
Sử dụng các enzyme cắt giới hạn để cắt DNA. 
Sử dụng các DNA polymerase để nhân đoạn DNA trong PCR. 
Sử dụng ligase để nối các đoạn DNA. 
Sử dụng β-galactosidase trong sàng lọc các dòng tế bào mang vector tái tổ hợp 
Trong quy trình tạo dòng DNA tái tổ hợp (hình 9.3, bài 9), enzyme được dùng trong những bước nào? Chúng là những enzyme nào? Nêu vai trò xúc tác của các enzyme đó. 
II. TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ ENZYM 
II. TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ ENZYM 
- Công nghệ enzyme trong tương lai tập trung vào lĩnh vực: 
Sử dụng công nghệ gen để cải tạo các đặc tính của enzyme cho phù hợp với các ứng dụng khác nhau, nâng cao hiệu quả tiếp xúc của Enzyme. 
Tìm kiếm các Enzyme từ các vi sinh vật cực khắc nghiệt nhờ công nghệ phân tích hệ gen. 
Phát triển kĩ thuật mới trong ứng dụng các loại chế phẩm Enzyme nhằm loại bỏ những hạn chế của các loại chế phẩm Enzyme hiện nay. 
Theo em, ngành công nghệ enzyme trong tương lai sẽ tập trung vào các lĩnh vực nào? 
II. TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ ENZYM 
- Cơ hội nghề nghiệp trong nghành công nghiệp enzyme xác định theo bà hướng 
Các nghề liên quan đến công nghệ sản xuất Enzym 
Các nghề liên quan đến nghiên cứu phát triển Enzym 
Các chuyên gia quản lí, tư vấn cho các dự án về công nghệ enzym. 
Cơ hội nghề nghiệp trong ngành công nghệ enzym được xác định theo hướng nào? 
II. TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ ENZYM