Giáo án điện tử chuyên đề Sinh học 10 kết nối Bài 5: Khái quát về công nghệ enzyme

NHIỆT LIỆT CHÀO ĐÓN CẢ LỚP ĐẾN VỚI BUỔI HỌC HÔM NAY!

KHỞI ĐỘNG

Các sản phẩm trong hình dưới đều là những ví dụ về sản phẩm ứng dụng công nghệ enzyme.

Công nghệ enzyme là gì mà sản phẩm của nó lại được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống đến vậy?

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

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

KHỞI ĐỘNG

KHỞI ĐỘNG

Enzyme xúc tác phản ứng, làm thuốc thử trong các phản ứng hoá học

Enzyme có tác dụng tẩy trắng, làm mềm và giúp vải bắt màu tốt

CHUYÊN ĐỀ 2: CÔNG NGHỆ ENZYME VÀ ỨNG DỤNG

BÀI 5: KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ ENZYME

II.

I.

NỘI DUNG BÀI HỌC

THÀNH TỰU CỦA NGÀNH CÔNG NGHỆ ENZYME

CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME

I. THÀNH TỰU CỦA NGÀNH CÔNG NGHỆ ENZYME

1

Giai đoạn khởi đầu của công nghệ enzyme

2

Giai đoạn từ thế kỉ XIX đến những năm 30 của thế kỉ XX

3

Giai đoạn từ những năm 30 của thế kỉ XX đến nay

Đại diện 3 nhóm báo cáo về thành tựu của ngành công nghệ enzyme theo 3 giai đoạn:

+ +

DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM

1. Em hãy liệt kê những thành tựu nổi bật của công nghệ enzyme qua các thời kì bằng cách hoàn thiện thông tin theo mẫu bảng dưới đây:

2. Thành tựu của công nghệ enzyme trong giai đoạn từ những năm 30 của thế kỉ XX đến nay đã giải quyết được những vấn đề gì trong thực tiễn?

Muối dưa, muối cà, ủ rượu, ủ nước mắm, làm tương.

Tìm ra quá trình lên men, chất gây lên men.

• Tách được enzyme lên men và các enzyme phân giải chất hữu cơ như tinh bột, protein.
• Thu được chế phẩm amylase dạng bột và dạng dung dịch.

Sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai từ nguyên liệu phế thải như bã mía, rơm, rạ, cỏ nhờ enzyme cellulose.

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

Nghiên cứu thành công enzyme phân huỷ rác thải nhựa trong thời gian ngắn, mở ra triển vọng xử lý ô nhiễm môi trường bằng công nghệ enzyme.

Nghiên cứu và sử dụng enzyme trong lĩnh vực y tế (enzyme Cas9 có khả năng bất hoạt gene, sửa chữa sai hỏng DNA), tạo ra động vật và thực vật biến đổi gene.

Hộp bã mía

Một số chất làm chín trái cây được sản xuất từ enzyme

II. CƠ SỞ KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME

THẢO LUẬN NHÓM

Vòng 1: Nhóm chuyên gia

Nhóm 1: Tìm hiểu về trung tâm hoạt động của enzyme

• Quan sát hình 5.2, mô tả lại mô hình hoạt động của enzyme và cơ chất theo Koshland.
• Cho biết cơ chế của trung tâm hoạt động của enzyme.

Nhóm 2: Tìm hiểu về cấu trúc

dị lập thể của enzyme

• Cho biết cơ chế của cấu trúc dị lập thế của enzyme.
• Cho biết ứng dụng của cơ chế cấu trúc dị lập thể.

Nhóm 3: Tìm hiểu về điều kiện

hoạt động ôn hoà cả enzyme

• Nêu điều kiện hoạt động của enzyme.
• Cho biết các cơ chế giúp enzyme làm giảm năng lượng hoạt hóa của các chất tham gia phản ứng.

Nhóm 4: Tìm hiểu về nguồn nguyên liệu sản xuất enzyme

• Hãy nêu một số nguồn nguyên liệu sản xuất enzyme

THẢO LUẬN NHÓM

Vòng 2: Nhóm mảnh ghép

1. Quan sát hình 5.3, mô tả cấu trúc hoạt động của enzyme dị lập thể.

2. Phân tích những đặc điểm ưu việt của enzyme để chỉ ra cơ sở khoa học của việc ứng dụng công nghệ enzyme trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống.

Enzyme có nhiều đặc tính ưu việt như:

Tính đặc hiệu nhà trung tâm hoạt động.

Có vùng cấu trúc dị lập thể làm ức chế hoặc tăng cường hoạt động enzyme.

Giảm năng lượng hoạt hoá, qua đó làm tăng tốc độ phản ứng.

Nguồn nguyên liệu sản xuất enzyme rẻ tiền, có thể tái chế,... nên được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống.

Enzyme có bản chất là protein nên điều kiện hoạt động khá tương thích với môi trường trong cơ thể.

Trả lời câu hỏi 1

Trung tâm hoạt động tiếp nhận cơ chất để xúc tác cho phản ứng.

Vị trí dị lập thể liên kết với chất tác dụng để điều chỉnh hoạt động xúc tác (ức chế hay tăng cường).

Enzyme dị lập thể là loại enzyme trong cấu trúc có một hoặc vài vị trí dị lập thể.

Phân tử enzyme dị lập thể có thể có loại vị trí dị lập thể dương, loại vị trí dị lập thể âm hoặc có cả hai.

Trong cơ thể sống, dị lập thể âm rất quan trọng và phổ biến, thể hiện ở cơ chế ức chế ngược để đảm bảo tế bào không tạo ra các chất thừa so với nhu cầu.

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.

1

Trả lời câu hỏi 2

Một số enzyme có vùng cấu trúc dị lập thể, liên kết được với chất hoạt hoá dị lập thể để ức chế hoặc tăng cường hoạt động của enzyme  Ứng dụng trong điều trị bệnh, sản xuất các chế phẩm với số lượng mong muốn.

2

Trong các phản ứng có enzyme xúc tác, sự tiêu hao năng lượng rất ít, hiệu quả xúc tác cao  Sử dụng trong lĩnh vực sản xuất để tiết kiệm thời gian, tăng hiệu quả sản xuất, hạ giá thành sản phẩm.

3

Trả lời câu hỏi 2

Thu được từ nhiều nguồn dễ kiếm, rẻ tiền, từ quá trình sống của sinh vật  Không gây độc cho con người, sinh vật khác và môi trường.

4

LUYỆN TẬP

Câu 1. Giải thích cơ chế hoạt động của enzyme dị lập thể trong hình sau:

Enzyme trong hình có một trung tâm hoạt động và một vùng cấu trúc dị lập thể

Cấu trúc của trung tâm hoạt động không tương thích với cơ chất

;

Cơ chất không thể liên kết với trung tâm hoạt động dẫn đến enzyme bất hoạt

Khi có chất hoạt hoá dị lập thể liên kết vào vị trí dị lập thể của enzyme, làm biến đổi cấu trúc của trung tâm hoạt động

Trung tâm hoạt động lúc này tương thích với cơ chất, enzyme hoạt động xúc tác phản ứng để tạo ra sản phẩm

Câu 2. Hãy phân tích mô hình hoạt động của enzyme và cơ chất theo Fisher (1894) và theo Koshland (1958) trong hình dưới, tìm ra điểm giống và khác nhau giữa hai cơ chế hoạt động này.

Giống nhau

Khác nhau

Khi cơ chất có cấu trúc phù hợp với trung tâm hoạt động thì phản ứng sẽ xảy ra.

Mô hình hoạt động của enzyme và cơ chất theo Fisher: trung tâm hoạt động không có sự biến đổi về hình dạng

Mô hình của Koshland: trải qua sự thay đổi về hình dạng của trung tâm hoạt động ở giai đoạn tạo phức hợp enzyme - Cơ chất.

Câu 3. Phosphofructokinase – 1 là enzyme quan trọng điều khiển quá trình đường phân, được hoạt hóa dị lập thể bởi AMP và fructose 2,6 – bisphosphate. Nồng độ của hai chất này tăng khi nguồn năng lượng dự trữ của tế bào giảm đi.

a) Dựa vào sơ đồ điều hòa, hãy nêu cơ chế hoạt hóa của enzyme phosphofructokinase – 1.

b) Giả sử, các nhà khoa học đang nghiên cứu để tạo ra một loại thuốc giảm béo dựa trên hoạt động của fructose 2,6 – bisphosphate. Các phân tử thuốc được sản xuất dựa trên cơ chế làm tăng ái lực với fructose 2,6 – bisphosphate. Hãy giải thích cơ chế giảm béo của loại thuốc này.

a. Cơ chế hoạt hoá của enzyme phosphofructokinase-1:

--------------- Còn tiếp ---------------