Bài giảng Sinh học Lớp 10 Sách Cánh Diều - Bài 9: Sản xuất enzyme tái tổ hợp - Năm học 2022-2023

Làm thế nào để khắc phục được điều đó? Công nghệ enzyme có thể làm gì để bổ sung lượng enzyme chymosin cần cho sản xuất phô mai? 
V iệc sản xuất chế phẩm rennet từ dạ dày của bê hoặc cừu non để đáp ứng nhu cầu chế biến phô mai cần phải sử dụng rất nhiều bê hoặc cừu non (1 tấn phô mai cần sử dụng lượng chế phẩm enzyme từ 11 - 22 con bê hoặc cừu non). 
- Để khắc phục được sự hạn chế khi thu chế phẩm rennet từ dạ dày bê hoặc cừu non cần tìm ra một nguồn nguyên liệu sản xuất enzyme chymosin mới chứa lượng lớn enzyme này hơn, chi phí thấp hơn và không đối lập với nhu cầu khác của con người. 
- Để bổ sung lượng enzyme chymosin cần cho sản xuất phô mai, công nghệ enzyme cần tạo ra một quy trình sản xuất mới cho hiệu quả sản xuất enzyme này cao hơn – quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp. 
TIẾT 20,21 - BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
I. ENZYME TÁI TỔ HỢP 
Enzyme tái tổ hợp là enzyme được sinh tổng hợp từ phân tử DNA tái tổ hợp đã được chuyển vào tế bào sinh vật chủ. Trong đó, phân tử DNA tái tổ hợp là phân tử DNA có từ hai nguồn gốc trở lên, một phần của phân tử DNA tái tổ hợp là từ vector chuyển gene (thể truyền) và phần còn lại là DNA từ các sinh vật có nguồn gene mã hóa protein enzyme đích. 
Enzyme tái tổ hợp là gì? Tại sao người ta cần sản xuất enzyme tái tổ hợp? 
Tại sao người ta cần sản xuất enzyme tái tổ hợp? 
- Enzyme tái tổ hợp là enzyme được sinh tổng hợp từ phân tử DNA tái tổ hợp đã được chuyển vào tế bào sinh vật chủ. 
- Người ta cần sản xuất enzyme tái tổ hợp nhằm tạo ra số lượng lớn enzyme với chi phí thấp hơn so với sản xuất enzyme tự nhiên để đáp ứng với nhu cầu sử dụng của con người 
BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
Vi sinh vật có ưu thế gì so với tế bào động vật và thực vật khi chúng là tế bào chủ để sản xuất enzyme tái tổ hợp? 
Vi sinh vật có ưu thế so với tế bào động vật và thực vật khi chúng là tế bào chủ sản xuất enzyme tái tổ hợp: 
Hệ gen nhỏ, đã được nghiên cứu kĩ, dễ điều khiển khi sinh tổng hợp protein đích. 
Vector chuyển gen ở vi sinh vật đa dạng, có sẵn và được nghiên cứu đầy đủ 
Vi sinh vật sinh trưởng nhanh trong môi trường nuôi cấy nhân tạo, không đòi hỏi nguồn dinh dưỡng đắt tiền và hiệu suất tổng hợp protein cao. 
BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
Những enzyme nào cần sản xuất trong dòng tế bào chủ động vật hoặc thực vật? 
Những enzym có nguồn gốc từ động vật hoặc thực vật, có cấu trúc bậc 2,3 hoặc bậc 4 phức tạp, có nhiều ti ểu phần, có nhiều cầu nối disulfide hoặc gắn với coenzyme, cofactor, gắn các gốc đường thường khó sản xuất trong tế bào chủ là vi sinh vật nên cần được sản xuất trong dòng tế bào chủ động vật hoặc thực vật. 
BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
II. SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
1. Quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp 
- Các giai đoạn cơ bản trong quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp: 
(1) Tạo dòng DNA tái tổ h ợ p mang gene mã hóa enzyme; 
(2) Chuyển DNA tái tổ hợp vào dòng tế bào chủ thích hợp cho biểu hiện gene; 
(3) Biểu hiện gene và thu hồi enzyme tái tổ hợp; 
(4) Tinh sạch enzyme tái tổ hợp; 
(5) Phối chế, đóng gói và bảo quản chế phẩm enzyme tái tổ hợp. 
BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
II. SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
1. Quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp 
BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
So sánh các giai đoạn cơ bản trong quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp (hình 9.2) với các giai đoạn cơ bản trong quy trình sản xuất enzyme tự nhiên (hình 8.3). 
- Hai quy trình đều có sự giống nhau ở các bước Tinh sạch enzyme và phối chế, đóng gói và bảo quản . 
- Với quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp, có 3 gia đoạn khác với quy trình sản xuất enzyme tự nhiên: 
(1) Tạo dòng DNA tái tổ hợp mang gene mã hoá enzyme 
(2) Chuyển DNA tái tổ hợp vào dòng tế bào chủ thích hợp cho biểu hiện gene 
(3) Biểu hiện gene và thu hồi enzyme tái tổ hợp 
BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
II. SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
1. Quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp 
- Quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp giúp tạo ra chế phẩm enzyme tái tổ hợp tinh sạch với số lượng lớn, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp và đời sống. 
1.1.TẠO DÒNG DNA TÁI TỔ HỢP MANG GENE MÃ HÓA ENZYM 
Quan sát hình 9.3 và cho biết: 
a) Đoạn DNA hay gene đích được lấy từ những nguồn nào? 
b) Sản phẩm ghép nối gene đích với vector là gì? 
c) Sản phẩm của quy trình tạo dòng DNA tái tổ hợp là gì? 
1.1.TẠO DÒNG DNA TÁI TỔ HỢP MANG GENE MÃ HÓA ENZYM 
Quan sát hình 9.3 và cho biết: 
a) Đoạn DNA hay gene đích được lấy từ những nguồn nào? 
b) Sản phẩm ghép nối gene đích với vector là gì? 
c) Sản phẩm của quy trình tạo dòng DNA tái tổ hợp là gì? 
1.1.TẠO DÒNG DNA TÁI TỔ HỢP MANG GENE MÃ HÓA ENZYM 
BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
a) Đoạn DNA hay gene đích được lấy từ những nguồn: 
+ Tách chiết từ động vật, thực vật và vi sinh vật 
+ Tổng hợp hóa học từ các nucleotit 
+ Nhân DNA từ PRC 
BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
b) Sản phẩm ghép nối gene đích với vector là vector tái tổ hợp. 
c) Sản phẩm của quy trình tạo dòng DNA tái tổ hợp là các dòng tế bào chủ mang vector tái tổ hợp được nhân lên . 
1.2. CHUYỂN DNA TÁI TỔ HỢP VÀO DÒNG TẾ BÀO CHỦ THÍCH HỢP CHO BIỂU HIỆN GENE 
1.3. BIỂU HIỆN GEN VÀ THU HỒI ENZYM TÁI TỔ HỢP 
Nhân dòng tế bào tái tổ hợp lên số lượng lớn trước khi được kích hoạt biểu hiện gene nhằm mục đích gì?... 
Nhân dòng tế bào tái tổ hợp lên số lượng lớn trước khi được kích hoạt biểu hiện gene nhằm mục đích sau khi kích hoạt có thể thu được số lượng enzyme lớn và đồng bộ 
1.3. BIỂU HIỆN GEN VÀ THU HỒI ENZYM TÁI TỔ HỢP 
Nêu các cách thức dùng để kích hoạt dòng tế bào chủ biểu hiện gene ? 
Các cách thức dùng để kích hoạt dòng tế bào chủ biểu hiện gene tùy theo từng loại vector và tế bào chủ biểu hiện gene: 
- Kích hoạt bằng các hóa chất khác nhau (đường lactose, ethanol, methanol, ). 
- Thay đổi các điều kiện vật lí, hóa học (pH, nhiệt độ, ) 
1.3. BIỂU HIỆN GEN VÀ THU HỒI ENZYM TÁI TỔ HỢP 
 - Khi mật độ tế bào đạt mức tối ưu, quá trình biểu hiện gen đích thành protein enzyme được kích hoạt bằng các hóa chất hoặc thay đổi các điều kiện vật lí, hóa học. 
- Enzym tái tổ hợp có thể được sinh tổng hợp bên trong tế bào ( Enzym nội bào) hoặc bên ngoài tế bào ( Enzym ngoại bào) 
- Phương pháp trích li và thu hồi enzyme tái tổ hợp như đối với enzyme tự nhiên. 
1.4. TINH SẠCH ENZYM TÁI TỔ HỢP 
Tại sao chế phẩm enzyme tái tổ hợp dùng làm thuốc cần được tinh chế để có độ tinh khiết cao? 
Chế phẩm enzyme tái tổ hợp dùng làm thuốc cần được tinh chế có độ tinh khiết cao vì: Enzyme dùng làm thuốc cần phải có hoạt tính xúc tác cao và an toàn nhằm đảm bảo tính hiệu quả và ít có tác dụng phụ không mong muốn đối với bệnh nhân khi sử dụng. 
1.4. TINH SẠCH ENZYM TÁI TỔ HỢP 
Enzym tái tổ hợp thường được tinh sạch bằng sắc kí ái lực 
1.5. PHỐI CHẾ, ĐÓNG GÓI VÀ BẢO QUẢN CHẾ PHẨM ENZYM TÁI TỔ HỢP 
Chế phẩm enzyme trước khi đóng gói được bổ sung chất phụ gia. 
Chế phẩm được cô đặc, sấy khô, sấy phun, đông khô, dạng bột, dung dịch,.. 
Điều kiện bảo quản tùy thuộc vào đặc tính và yêu cầu ứng dụng của enzym 
II. SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
2. Ví dụ về quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp 
Quan sát hình 9.4 và cho biết những giai đoạn nào trong quy trình sản xuất chế phẩm phytase tái tổ hợp tương ứng với năm giai đoạn cơ bản của quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp. 
2. Ví dụ về quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp 
Năm giai đoạn cơ bản 
của quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp 
Giai đoạn tương ứng 
trong quy trình sản xuất 
chế phẩm phytase tái tổ hợp 
(1) Tạo dòng DNA tái tổ hợp mang gene mã hóa enzyme 
Nhân gene mã hóa phytase từ nấm mốc A. niger bằng PCR và tách vector từ vi khuẩn E. coli → Tạo dòng DNA tái tổ hợp mang gene mã hóa phytase. 
(2) Chuyển DNA tái tổ hợp vào dòng tế bào chủ thích hợp cho biểu hiện gene 
Chuyển DNA tái tổ hợp mang gene mã hóa phytase vào tế bào chủ biểu hiện gene ( S. cerevisiae) → nuôi tăng sinh khối tế bào. 
(3) Biểu hiện gene và thu hồi enzyme tái tổ hợp 
Kích hoạt biểu hiện gene → Thu hồi dịch nuôi cấy. 
(4) Tinh sạch enzyme tái tổ hợp 
Tinh sạch enzyme bằng sắc kí ái lực. 
(5) Phối chế, đóng gói và bảo quản chế phẩm enzyme tái tổ hợp 
Phối trộn phụ gia → Đóng gói tạo chế phẩm phytase tái tổ hợp. 
Những giai đoạn trong quy tr ì nh sản xuất chế phẩm phytase t á i tổ hợp tương ứng với năm giai đoạn cơ bản của quy tr ì nh sản xuất enzyme t á i tổ hợp l à : 
BÀI 9: SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
II. SẢN XUẤT ENZYME TÁI TỔ HỢP 
1. Quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp 
2. Ví dụ về quy trình sản xuất enzyme tái tổ hợp 
- Phytase là enzyme được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi để hỗ trợ tiêu hóa cho động vật nuôi, giảm thiểu ô nhiễm môi trường do phân thải ra. 
- Chế phẩm phytase đã được sản xuất tái tổ hợp trong các vi sinh vật như nấm mốc Aspergillus niger, vi khuẩn Escherichia coli, nấm men Saccharomyces cereviside,... 
- Sơ đồ quy trình sản xuất phytase tái tổ hợp trong S.cerevisiae (SCĐ tr.59)