Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 KNTT bài 7: Ứng dụng của enzyme

Câu hỏi khởi động

Enzyme không chỉ có vai trò quan trọng đối với các hoạt động sống trong cơ thể sinh vật mà còn có vai trò rất lớn trong đời sống. Hiện nay, enzyme được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, đó là những lĩnh vực nào? Kể tên một số sản phẩm được tạo ra từ ứng dụng enzyme.

I. Một số ứng dụng của enzyme

Câu hỏi 1. Khái quát vai trò của enzyme trong công nghệ chế biến thực phẩm. Lấy một số ví dụ minh họa.

Trong công nghiệp thực phẩm, các chế phẩm enzyme được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. Các enzyme được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm như protease, cellulase, amylase.

• Enzyme thuộc nhóm protease được dùng trong chế biến thịt, cá trong ngành công nghiệp chế biến đồ hộp. Enzyme protease còn biến đổi các chất thải của ngành công nghiệp thực phẩm thành thức ăn dễ tiêu hoá cho vật nuôi. Ngoài ra, enzyme này cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nước mắm, rượu vang, mứt, nước hoa quả,...
• Enzyme cellulase được dùng để tăng chất lượng thực phẩm, cải thiện hương vị thực phẩm và làm mềm một số loại thực phẩm có nguồn gốc thực vật. Enzyme này rất thích hợp trong chế biến thức ăn từ thực vật cho trẻ em, sản xuất bia...
• Enzyme amylase được sử dụng trong sản xuất bánh mì, kẹo, rượu vang, bia,...
• Enzyme pectinase được dùng trong sản xuất mứt và nước ép quả.

Câu hỏi 2. Công nghệ enzyme được ứng dụng trong y dược như thế nào? Nêu một số ứng dụng của enzyme trong điều trị bệnh ở người.

Trong y dược, công nghệ enzyme được ứng dụng trong chữa bệnh và chẩn đoán bệnh.

• Sử dụng enzyme trong chẩn đoán nhanh một số bệnh như tiểu đường (sử dụng enzyme glucosidase), gout (sử dụng enzyme urease),...
• Trong điều trị bệnh: Sử dụng enzyme để chữa bệnh thiếu enzyme bẩm sinh; chữa bệnh tim mạch; chữa bệnh thiếu enzyme đường tiêu hoá (enzyme amylase); giảm đau sau phẫu thuật; trị viêm khớp; tan nhanh các vết bầm và kháng viêm (enzyme bromelain); tiêu viêm, làm lành vết thương, vết bỏng, tiêu biến niêm mạc, chữa loét dạ dày,... (enzyme trypsin và chymotrypsin); chữa dị ứng kháng sinh bằng cách thuỷ phân làm giảm nồng độ kháng sinh (enzyme penicillinase); chữa bệnh do virus gây nên bằng cách phân giải nucleic acid của virus (enzyme nuclease);....

Câu hỏi 3. Nêu vai trò của enzyme trong một số công nghệ di truyền.

Vai trò của enzyme trong một số công nghệ di truyền:

• Enzyme Taq polymerase được tách chiết và sử dụng trong nhân bản DNA. Nhờ có enzyme Taq polymerase mà kĩ thuật PCR ra đời và được ứng dụng trong đời sống như phát hiện ra một số virus gây bệnh cho người và động vật như HIV, SARS - CoV - 2,...
• Enzyme cắt giới hạn (restrictase) và enzyme nối (ligase) có vai trò quan trọng trong kĩ thuật tạo DNA tái tổ hợp. Enzyme cắt giới hạn cho phép cắt DNA ở vị trí xác định thành các đoạn nhỏ, enzyme nối được dùng để nối các đoạn DNA với nhau tạo ra DNA tái tổ hợp.

II. Triển vọng công nghệ enzyme trong tương lai

Câu hỏi 1. Em hãy chỉ ra các triển vọng của công nghệ enzyme trong tương lai.

Triển vọng enzyme trong tương lai là ngày càng tăng về quy mô công nghiệp, tìm kiếm nguồn enzyme mới, sản xuất và sử dụng ở quy mô công nghiệp, phổ biến rộng rãi hơn. Một số lĩnh vực ứng dụng công nghệ enzyme được kì vọng là sử dụng enzyme trong cảnh báo và điều trị bệnh, tổng hợp thuốc, xử lí rác thải nhựa, xử lí ô nhiễm nước ngầm,...

Câu hỏi 2. Con người đang kì vọng có thể sử dụng enzyme để xử lí rác thải nhựa, ô nhiễm nước ngầm. Em hãy phân tích cơ chế hoạt động của enzyme trong việc thực hiện triển vọng đó.

Xử lí ô nhiễm nước ngầm nhờ hoạt động của enzyme oxy hoá của vi khuẩn, các chất độc gây ô nhiễm nước ngầm khuếch tán vào các hạt trong tế bào vi khuẩn và được vi khuẩn sử dụng làm dinh dưỡng. Kết quả là các chất gây ô nhiễm được biến đổi thành hợp chất vô hại.

Cơ sở của xử lí rác thải nhựa là sử dụng enzyme có khả năng phân huỷ nhựa. Gần đây, các nhà khoa học tình cờ tạo ra một nhóm vi khuẩn có khả năng phân huỷ nhựa nhờ một loại enzyme trong tế bào bằng phương pháp gây đột biến, mở ra giải pháp mới cho vấn đề ô nhiễm rác thải nhựa trên thế giới.

Bài 2. Trong xử lí ô nhiễm môi trường, tại sao nói việc sử dụng enzyme là “công nghệ cuối đường ống”?

Để xử lí ô nhiễm môi trường, người ta có thể kết hợp nhiều phương pháp vật lí, hoá học, sinh học. Sử dụng enzyme có thể kết tủa hoặc chuyển các chất gây ô nhiễm thành dạng khác giúp loại bỏ các chất ô nhiễm mà phương pháp vật lí và hoá học không xử lí được. Một cách giải quyết khác là enzyme có thể làm thay đổi các đặc tính của chất thải, đưa chúng về dạng dễ xử lí hoặc chuyển thành các sản phẩm có giá trị hơn mà không gây ra những biến đổi bất thường, không phá vỡ cân bằng sinh thái,...

Enzyme được xem là nhân tố quan trọng trong việc xử lí ô nhiễm môi trường giai đoạn sau cùng, khi chỉ còn lại những rác thải cứng đầu nên còn gọi là “công nghệ cuối đường ống”.

Bài 3. Tại sao người ta thường hay ninh xương chung với quả dứa hoặc quả đu đủ xanh?

Trong quả dứa, quả đu đủ xanh có chứa enzyme protease có tác dụng thuỷ phân protein, làm mềm thịt. Do đó, người ta thường hay nấu thịt hoặc xương với dứa hay đu đủ cho thịt nhanh mềm.

Bài 4. Hiện nay, trào lưu sử dụng các chất tẩy rửa thân thiện môi trường đang được nhiều người quan tâm, trong đó có việc sử dụng rác thải nhà bếp (rác thải có nguồn gốc thực vật như vỏ đứa, lá sả, vỏ quả chanh, vỏ quả bưởi,...) để làm nước rửa bát, nước lau sàn. Em hãy tìm hiểu quy trình sản xuất chất tẩy rửa từ các nguyên liệu nói trên và cho biết cơ sở khoa học của những bước làm đó.