Đề tài Ứng dụng của enzyme trong y học, trong phân tích, nghiên cứu

hoặc NAD+ là cơ chất hoặc cofactor) hoàn toàn không có mặt khi phản ứng chưa bắt đầu. Nếu như vậy thì phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độ cơo chất ban đầu ( ví dụ NAD+ hoặc NADP+) mà ta cần phân tích, và có thể đo trực tiếp sản phẩm được tạo thành ( đo độ hấp thụ của NADH ở 340 nm, vì NAD+ hoặc NADP+ không hấp thụ ở bước sóng này) để tính nồng độ cơ chất ban đầu. Nói chung việc sử dụng enzyme để định lượng cơ chất của nó được tiến hành thuận lợi khi sản phẩm của phản ứng có thể được định lượng dễ dàng. III.1.2 Một số ví dụ: Xác định cơ chất sử dụng amylase (sau đó kết hợp với thủy ngân bằng acid) để định lượng tinh bột sẽ cho kết quả chính xác hơn khi dùng acid (vì một số polysaccharide khác như hemicellululose cũng bị thủy phân bởi acid ở các điều kiện giống với tinh bột). Xác định coE, vì coE có vai trò như là chất đồng cơ chất nên có thể định lượng coE theo cách hoàn toàn giống như định lượng cơ chất. Xác định chất hoạt hóa enzyme: có thể sử dụng enzyme để định lượng chất hoạt hóa của nó trong trường hợp nó có sự phụ thuộc tuyến tính giữa vận tốc đầu phản ứng với một khoảng nồng độ thấp của chất hoạt hóa, ở nồng độ enzyme, cơ chất và nồng độ coE giữ cố định khi tiến hành phản ứng. Ở nồng độ chất hoạt hóa cao, toàn bộ phân tử enzyme được hoạt hóa, vận tốc đầu phản ứng (vo) đạt cực đại. Lập đồ thị chuẩn biểu diễn ảnh hưởng của chất hoạt hóa đến v, từ đó tính nồng độ của chất hoạt hóa trong dung dịch phân tích. V0 Nồng độ chất hoạt hoá Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của v0 vào nồng độ chất hoạt hoá Nồng độ E,S và coE (nếu có) giữ cố định Dựa vào đồ thị ta thấy nên pha loãng dung dịch có chứa chất hoạt hóa cần phân tích sao cho vo nằm trong phần thẳng của đường biểu diễn để có thể có được kết quả phân tích chính xác. Ví dụ: Mn2+ là chất hoạt hóa isocitrate dehydrogenase, sử dụng enzyme này có thể xác định chính xác hàm lượng Mn2+ ở nồng độ rất thấp. Xác định các chất kìm hãm enzyme, tiến hành xác định ở những điều kiện đã nêu giống như khi xác định chất hoạt hóa, lập đồ thị chuẩn với các nồng độ I khác nhau. Tiến hành xác định chất kìm hãm (I) trong dung dịch nghiên cứu, đối chiếu với đồ thị chuẩn và tính hàm lượng I trong mẫu nghiên cứu. Có thể lập đồ thị chuẩn theo 2 cách: vo đối với [I], hoặc tính % bị kìm hãm theo sự tăng nồng độ I. Đôi khi người ta cũng dùng I50 để biểu diễn nồng độ các chất kìm hãm làm giảm 50% hoạt độ ở những điều kiện xác định. Ví dụ: sử dụng cacboxyl esterase của gan để định lượng fluoride trong dung dịch có lượng lớn phosphate ( vì phosphate ảnh hưởng đến việc xác định chính xác fluoride khi dùng phương pháp hóa học). Nguyên lý thử như sau: enzyme acetylcholinesterase (AchE) xúc tác thủy phân cơ chất acetylcholin thành cholin và axetic. Acid acetic sẽ phản ứng với chất chỉ thị màu màu vàng. Nếu mẫu phân tích có thuốc trừ sâu lẫn hữu cơ, cacbamat sẽ kìm hãm hoạt động của AchE, hàm lượng acid acetic giảm, màu sẽ thay đổi. Dựa vào sự đổi màu so với mẫu đối chứng (không có thuốc trừ sâu) hoặc dựa vào thang màu chuẩn có thể định tính hoặc bán định lượng thuốc trừ sâu trong mẫu phân tích. Nếu enzyme bị kìm hãm đặc hiệu, nhạy với một chất nào đó, có thể dùng enzyme để phát hiện và định lượng chất đó. Ví dụ: sử dụng acetylcholineesterase để phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu nhóm phospho hữu cơ. Các chất độc thần kinh,… Do enzyme có thể bị kìm hãm hoặc hoạt hóa bởi nhiều chất khác như ion kim loại do đó khi sử dụng enzyme để định lượng các chất cần lưu ý đến các chất này mới có kết quả chính xác được. %Kìm hãm 100 Không thuận nghịch V0 Thuận nghịch Thuận nghịch Không thuận nghịch a) b) [I] [II] Lập đồ thị chuẩn để xác định chất kìm hãm enzyme trong dung dịch nghiên cứu vo đối với [I] % hoạt độ bị kìm hãm ở các chất [I] khác nhau. Vo vận tốc đầu phản ứng không có I, voi vận tốc đầu phản ứng có, xác định ở cùng điều kiện giống nhau. Đồ thị trên cũng cho thấy: khi sử dụng enzyme để định lượng các chất kìm hãm, cần pha loãng dung dịch sao cho có được sự phụ thuộc tuyến tính giữa vận tốc với nồng độ chất kìm hãm (đoạn đầu của đường biểu diễn). Các I không thuận nghịch, theo định nghĩa sẽ làm mất hoàn toàn (kìm hãm 100%) hoạt độ enzyme khi nồng độ của nó đủ lớn, còn đối với chất I thuận nghịch thì dù nồng độ cao bao nhiêu cũng không kìm hãm 100% được. III.2 Ứng dụng của enzyme trong phân tích thực phẩm: III.2.1. Xác định cacbohydrate Trong thực phẩm, cacbohydrate chieám khối lượng lớn và đóng vai trò quan trọng trong dinh dưỡng. Các loại đường là những đối tượng được phân tích thường xuyên. ôGlucose : được xác định bằng phương pháp enzym hexokinase. Phản ứng của quá trình đó xảy ra như sau: D-glucose + ATP hexokinase ADP + glucose-6-phosphate glucose-6-phosphate + NADP+ glucose-6-phosphate dehydrogenase D-glucose-6-phosphate + NADPH + H+ ôFructose : enzym hexokinase cũng tác động lên fructose. Ta có thể xác định fructose sau khi xác định glucose. D-glucose + ATP ADP + fructose-6-phosphate fructose-6-phosphate glucose phosphate isomerase glucose-6-phosphate ô Galactose : được xác định theo phản ứng sau D-galactonic acid + NADH + H+ galactose dehydrogenase D-galactose + NAD+ ô Mannose : xác định mannose tự do theo phương trình phản ứng sau D-mannose + ATP hexokinase ADP + mannose-6-phosphate mannose-6-phosphate phosphomannose isomerase fructose-6-phosphate ô Saccharose : thường không có trong tế bào động vật. Saccharose + H2O P–fructosidase D-glucose + D-fructose ô Maltose : xác định maltose theo phương trình phản ứng sau Maltose + H2O a-glucosidase 2-D-glucose ôLactose : thường có trong sữa. Lactose + H2O b-galactosidase D-galactose + D-glucose ôRafinose : rafinose có trong củ cải đường. Rafinose + H2O a-galactosidase D-galactose + saccharose ôTinh bột : tinh bột có nhiều trong thực vật và có cả ở một số loài vi sinh vật. Xác định tinh bột theo phương trình phản ứng sau. Tinh bột + (n-1)H2O amyloglucosidase n D-glucose III.2.2. Xác định acid hữu cơ Acid hữu cơ và muối của chúng có nhiều trong nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm. Chúng đóng vai trò rất quan trọng trong sinh lý người, động vật, thực vật và vi sinh vật. Chúng còn được tạo ra do quá trình lên men. ôAcetic acid : Thuộc nhóm acid bay hơi, người ta sử dụng enzym để xác định acetic acid. Acetate có nhiều trong vang. Acetate + ATP + CoA acetyl-CoA-synthetase Acetyl-CoA + AMP + Pyrophosphate Acetyl-CoA + oxaloacetate + H2O citrate synthetase citrate + CoA L-malate + NAD+ L-malate dehydrogenase oxaloacetate + NADH + H+ Phản ứng sau cùng được xem như phản ứng chỉ thị. ô Ascorbic acid : giống như vitamin, ascorbic acid đóng vai trò sinh học lớn trong sinh lý người và động vật. Chúng được sử dụng như chất phụ gia trong thực phẩm. Người ta sử dụng enzym để xác định ascorbic acid. L-ascorbic acid (XH2) + MTT PMS dehydro ascorbic acid (X) + formazan + H+ PMS: 5-methylphenazinium sulfate MTT: 3-(4,5 dimethylthiazolyl-2)-2,5-diphenyltetrazolium bromide Ascorbate được oxy hóa tiếp: L-ascorbic acid ascorbate oxidase dehydro ascorbic acid + H2O Người ta thường xác định ascorbic acid trong nước quả, trong rau, quả, trong sữa, trong sản phẩm thịt. dehydro ascorbic acid + dithiothreitol (chất khử) L-ascorbic acid + dithiothreitol (chất oxy hóa) ôAspartic acid : có nhiều trong nước táo và được xác định theo phản ứng sau. L-aspartate + a-oxoglutarate GOT oxaloacetate + L-glutamate Oxaloacetate + NADH + H+ LMDH L-malate + NAD+ ô Citric acid : đóng vai trò cơ bản trong trao đổi chất ở sinh vật. Chúng có nhiều trong trái cây, trong sữa và được xác định theo phươngtrình sau. Citrate citrate (pro-35) lyase oxaloacetate + acetate ôAscorbic acid : giống như vitamin, ascorbic acid đóng vai trò sinh học lớn trong sinh lý người và động vật. Chúng được sử dụng như chất phụ gia trong thực phẩm. Người ta sử dụng enzym để xác định ascorbic acid. L-ascorbic acid (XH2) + MTT PMS dehydro ascorbic acid (X) + formazan + H+ PMS: 5-methylphenazinium sulfate MTT: 3-(4,5 dimethylthiazolyl-2)-2,5-diphenyltetrazolium bromide Ascorbate được oxy hóa tiếp: L-ascorbic acid ascorbate oxidase dehydro ascorbic acid + H2O Người ta thường xác định ascorbic acid trong nước quả, trong rau, quả, trong sữa, trong sản phẩm thịt. dehydro ascorbic acid + dithiothreitol (chất khử) L-ascorbic acid + dithiothreitol (chất oxy hóa) ô Aspartic acid : có nhiều trong nước táo và được xác định theo phản ứng sau. L-aspartate + a-oxoglutarate GOT oxaloacetate + L-glutamate Oxaloacetate + NADH + H+ LMDH L-malate + NAD+ ô Citric acid : đóng vai trò cơ bản trong trao đổi chất ở sinh vật. Chúng có nhiều trong trái cây, trong sữa và được xác định theo phươngtrình sau. Citrate citrate (pro-35) lyase oxaloacetate + acetate ôFormic acid : là sản phẩm trao đổi chất của vi khuẩn và của nấm sợi. Acid này được xem như là chất bảo quản thực phẩm nhưng phải tuân thủ nghiêm ngặt an toàn và vệ sinh thực phẩm. acid formic được xác định theo phương trình sau. Formate + NAD+ + H2O formate dehydrogenase hydrogencarbonate +NADH + H+ ôGluconic acid : sử dụng enzym gluconate kinase để xác định. D-gluconate + ATP gluconate kinase D-gluconate-6-phosphate + ADP D-gluconate-6-phosphate + NADP+ 6.PGDH D-ribulose-5-phosphate + NADPH + H+ + CO2 (6.PGDH : 6-phosphogluconic acid dehydrogenase) ôGlutamic acid : enzym được sử dụng là glutamate dehydrogenase L-glutamate + NAD+ + H2O glutamate dehydrogenase a-oxoglutarate + NADH + NH4+ ô3-hydroxybutyric acid : Trong trứng có nhiều 3-hydroxybutyric acid. Enzym sử dụng là 3-hydroxybutyrate dehydrogenase (3-HBDH) D-3-hydroxybutyrate + NAD+ 3-HBDH acetoacetate + NADH + H+ ôIsocitric acid : sử dụng enzym isocitrate dehydrogenase . D-isocitrate + NADP+ isocitrate dehydrogenase a-oxoglutarate + NADH + CO2 + H+ ôLactic acid : lactic acid được tạo ra nhiều trong quá trình lên men. L-lactate + NAD+ L-lactate dehydrogenase pyruvate + NADH + H+ D- lactate + NAD+ L-lactate dehydrogenase pyruvate + NADH + H+ ôMalic acid : có nhiều trong nho, trong rau, quả khác. Sử dụng enzym malate dehydrogenase và NAD+ L-malate + NAD+ malate dehydrogenase oxaloacetate + NADH + H+ Oxaloacetate + L-glutamate GOT L-aspartate + a-oxoglutarate ôOxalic acid : oxalid acid đóng vai trò quan trọng trong hấp thụ calcium của cơ thể người. Oxalate oxalate dehydrogenase formate + CO2 ôPyruvic acid : là một acid cơ bản trong chu trình chuyển hóa ở mọi cơ thể. Enzym được sử dụng là L-lactate dehydrogenase Pyruvate + NADH + H+ L-lactate dehydrogenase L-lactate + NAD+ ôSuccinic acid : là một acid quan trọng trong chu trình tricarboxylic acid. Succinate + ITP + CoA succinyl-CoA-synthetase IDP + Succinyl-CoA + P IDP + PEP pyruvate kinase ITP + pyruvate III.2.3. Xác định alcohol ô Ethanol : ethanol là sản phẩm lên men đường bởi nấm men. Ngoài những phương pháp bình thường, người ta còn dùng enzym để xác định ethanol. Ethanol + NAD+ alcohol dehydrogenase (ADH) acetaldehyde + NADH + H+ ôGlycerol : glycerol phổ biến nhiều trong thiên nhiên và có nhiều trong quá trình lên men. Glycerol + ATP glycerol kinase glycerol-3-phosphate + ADP ADP + PEP pyruvate kinase ATP + pyruvate ôAlcohol đường : · Người ta xác định sorbitol bằng enzym sorbitol dehydrogenase. D-sorbitol + NAD+ sorbitol dehydrogenase D-fructose + NADH + H+ · Tương tự, người ta cũng xác định xylitol bằng enzym sorbitol dehydrogenase Xylitol + NAD+ sorbitol dehydrogenase xylulose + NADH + H+ III.3.4. Xác định các thành phần khác ô Cholesterol : cholesterol là một steroid có ý nghĩa rất lớn trong sinh lý người và động vật. Các phản ứng xác định cholesterol như sau. Cholesterol + O2 cholesterol oxidase cholestenone + H2O2 H2O2 + methanol catalase formaldehyde + 2H2O Formaldehyde + NH4+ + 2 acetylacetone lutidine + 3H2O ô Triglyceride : xác định triglyceride bằng esterase và lipase. Triglyceride + 3H2O esterase và lipase glycerol + 3 acid béo ôAcetaldehyde : đây là chất tạo mùi cho bia, yaourt và các loại nước giải khát. Acetaldehyde + NAD+ + H2O acetaldehyde dehydrogenase acetic acid + NADH + H+ ôAmoniac : người ta sử dụng enzym glutamate dehydrogenase a-oxoglutarate + NADH + H+ + NH4+ glutamate dehydrogenase L-glutamate + NAD+ + H2O ôNitrate: enzym được sử dụng để xác định nitrate là nitrate reductate. Nitrate + NADPH + H+ nitrate reductate nitrite + NADP+ + H2O ôSulfite : enzym được ứng dụng để xác định sulfite là sulfite oxidase. SO32- + O2 + H2O sulfite oxidase SO42- + H2O2 H2O2 + NADH + H+ NADH-peroxidase 2H2O + NAD+ ôCreatine và Creatinine : hai chất này có trong cơ. Creatinine + H2O creatininase creatine Creatine + ATP creatine kinase creatine phosphate + ADP ô Lecithin : (phosphotidylcholine) là một phospholipide quan trọng. Lecithin + H2O phospholipase C 1,2-diglyceride + phosphorylcholine Phosphorylcholine + H2O alkaline phosphatase choline + Pi Choline + ATP choline kinase phosphorylcholine + ADP Urea : người ta sử dụng urease để xác định urea. Urea + H2O urease 2NH3 + CO2 III.3. Điện cực enzyme không tan III.3.1. nguyên tắc cấu tạo và hoạt động: Thành phần cấu tạo sinh học của điện cực này là enzyme, được cố định trên bề mặt của điện cực, đáp ứng với nồng độ của một trong các cơ chất, hoặc các sản phẩm của phản ứng do enzyme xúc tác. Enzyme có thể là lớp gel ( enzyme không tan giữ trong gel) mỏng bao xung quanh cảm biến điện hóa hoặc tiếp xúc với cảm biến này nhờ màng thấm chọn lọc. Cơ chất đi qua lớp gel hay màng chọn lọc, tiếp xúc với enzyme và chuyển hóa thành sản phẩm. Ví dụ: phản ứng oxi hóa-khử các chất do oxidoreductase xúc tác, các điện tử của phản ứng được vận chuyển từ chất phản ứng đến điện cực, tạo ra tín hiệu điện. Tín hiệu điện có thể được phát hiện bằng cách đo dòng điện (amperometric biosensor), hoặc đo điện thế (potentiometric biosensor). III.3.2. Một số ví dụ về ứng dụng điện cực enzyme để phân tích các chất: Điện cực enzyme được dùng để xác định nồn độ nhiều chất khác nhau như: glucose, một số acid hữu cơ (acid acetic, acid pyruvic, acid lactic, acid fomic,…) amino acid, các lipid, penicillin, và alcohol, … trong số các biosensor ứng dụng trong lâm sàng, glucose biosensor được ứng dụng rộng rãi nhất để xác định glucose trong máu. IV. ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG NGHIÊN CỨU: Do enzyme có vai trò rất quan trọng trong hoạt động sống nên nghiên cứu enzyme là một trọng tâm của sinh hóa học, dẫn đến môn enzyme học. Có người cho rằng : “sự sống có thể định nghĩa là hệ thống tích hợp, được điều phối của các phản ứng enzyme”. Nghiên cứu enzym của ếch để điều trị ung thư Theo các nhà khoa học Anh và Mỹ, một enzyme trong tế bào trứng ếch có triển vọng rất lớn trong điều trị ung thư, đặc biệt là ung thư não. Liệu pháp mới này đang được thử nghiệm tiền lâm sàng. Các nhà nghiên cứu thuộc Trường Đại học Bath (Anh) và công ty Alfacell (Mỹ) đã phân lập và thử nghiệm thành công amphinase, một phiên bản của enzyme ribonuclease từ tế bào trứng của loài ếch Northern Leopard (Rana pipiens). Ribonuclease là một loại enzyme có trong tất cả mọi sinh vật và có nhiệm vụ thu dọn các dải tế bào trôi tự do của phân tử RNA (ribonucleic acid) bằng cách thâm nhập vào phân tử này và cắt nó ra thành những đoạn ngắn. Ở động vật hữu nhũ, hoạt động của enzyme này được kiểm soát chặt chẽ bằng các chất ức chế nên nó không gây nguy hại gì. Nhưng amphinase là một ribonuclease của ếch – một loài động vật lưỡng cư chứ không phải loài hữu nhũ – nên amphinase vượt qua được các phân tử gây ức chế của loài hữu nhũ để phá hủy tế bào ung thư. Kết quả thử nghiệm cho thấy amphinase có khả năng nhận ra một lớp đường đặc thù trên tế bào ung thư và bám chặt vào đó, rồi tìm cách thâm nhập vào bên trong tế bào để tấn công. Khi vào được bên trong tế bào ung thư, phân tử amphinase sẽ phá vỡ hoạt động bình thường của tế bào và giết chết tế bào bằng cách làm đứt rời các chuỗi RNA – chất liệu di truyền có nhiệm vụ chuyển tải những chỉ thị của DNA đến cơ quan sản xuất protein trong tế bào. Loại enzyme có trong loài ếch Northern Leopard có tác dụng điều trị ung thư, nhất là ung thư não. (Ảnh: Biology.mcgill.ca) Mặc dù có khả năng tiềm tàng trong điều trị nhiều bệnh ung thư, nhưng amphinase được đánh giá là mở ra cơ hội lớn nhất trong điều trị ung thư não – một loại ung thư mà chỉ có thể được can thiệp bằng phẫu thuật và hóa trị liệu rất phức tạp. Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng amphinase sẽ dẫn đến việc ra đời của loại thuốc đầu tiên trị ung thư não. Theo giáo sư Ravi Acharya, thuộc Khoa Sinh học và Hóa sinh học của Đại học Bath, kết quả thử nghiệm cho thấy amphinase “có khả năng rất cao trong việc tìm kiếm, thâm nhập và phá hủy các khối ung thư.” Ông nói: “Đây là một phân tử hoạt động rất mạnh mẽ. Nó giống như một viên đạn kỳ diệu của Đấng Tạo hóa có khả năng nhắm vào tế bào ung thư để tiêu diệt”. Theo ông, enzyme này “có thể tổng hợp được dễ dàng trong phòng thí nghiệm và có triển vọng trở thành một loại thuốc điều trị ung thư trong tương lai”. Theo nhóm nghiên cứu, thuốc được bào chế từ amphinase sẽ được tiêm trực tiếp vào vùng có khối u và không gây hại cho các tế bào lành mạnh xung quanh, vì amphinase chỉ phát hiện và tấn công tế bào ung thư mà thôi. Tuy nhiên, giáo sư Acharya cho biết: “Việc thử nghiệm amphinase chỉ mới ở giai đoạn đầu, và phải mất vài năm nữa mới có thể có một loại thuốc như thế. Và thuốc đó phải qua những thử nghiệm lâm sàng qui mô lớn để được chứng minh là an toàn và hiệu quả trong điều trị ung thư”. Amphinase là phiên bản thứ 2 của enzyme ribonuclease do Alfacell Corporation phân lập từ trứng ếch Rana pipiens. Phiên bản đầu tiên là ranpirnase, hiện đang được thử nghiệm lâm sàng giai đoạn 3 trong điều trị u trung biểu mô ác tính không thể cắt bỏ được – một dạng hiếm và nguy hiểm của ung thư phổi. Hai giai đoạn thử nghiệm trước đó tập trung vào ung thư phổi không phải tế bào nhỏ và các khối u cứng khác. Amphinase là phiên bản thứ 2 của enzyme ribonuclease được phân lập từ trứng ếch Northern Leopard. (Ảnh: Wikipedia) Ông Kuslima Shogen, Chủ tịch kiêm Tổng giám đốc Alfacell Corporation, cho biết “ông rất hài lòng trước thành quả tuyệt vời mà giáo sư Acharya và các cộng sự đã đạt được”.  Ông cho rằng: “Nghiên cứu này rất quan trọng đối với việc tìm hiểu và phát triển những liệu pháp mới dựa trên ribonuclease, mở ra cơ hội điều trị cho người bị ung thư hoặc mắc các bệnh nguy hiểm khác”. Hiện nay, Alfacell Corporation đang tiếp tục các thử nghiệm tiền lâm sàng đối với Amphinase trước khi chuyển sang thử nghiệm lâm sàng trong thời gian tới. Nghiên cứu này vừa được công bố trên Journal of Molecular Biology (Tập san Sinh học Phân tử) của tập đoàn Elsevier, có trụ sở ở Amsterdam, Hà Lan. ¡ Máy Tính Làm Từ ADN Và Enzym  Các nhà khoa học Israel vừa chế tạo ra một máy tính có thể thực hiện 330.000 tỷ phép tính/giây, gấp 100.000 lần tốc độ của PC nhanh nhất hiện nay. Chạy bằng ADN nên máy được ghi vào sách kỷ lục Guinness là "thiết bị điện toán sinh học nhỏ nhất thế giới".  Ngay từ năm 2002, các nhà nghiên cứu của Viện khoa học Weizmann ở thị xã Rehovot (miền Trung Israel) đã sản xuất được máy tính từ các phân tử ADN và enzyme thay vì microchip. Lần này, họ chỉ dùng một phân tử ADN để cung cấp dữ liệu đầu vào và năng lượng cho thiết bị. Nếu nhìn bằng mắt thường, máy tính ADN trông giống dung dịch nước. 1.000 tỷ thiết bị có thể nằm gọn trong một giọt nước. Cấu trúc của máy tính sinh học gồm ADN đóng vai trò phần mềm và enzyme giữ vai trò phần cứng. Phản ứng hoá học giữa các phân tử trong ống nghiệm cho phép nhà khoa học thực hiện những phép tính đơn giản. Nhà khoa học ra lệnh cho thiết bị làm việc bằng cách thay đổi thành phần phân tử ADN. Thay vì xuất hiện trên màn hình, kết quả được phân tích thông qua một kỹ thuật cho phép nhà khoa học nhận biết chiều dài của phân tử ADN đầu ra. Hiện nay, máy tính ADN chỉ thực hiện được các phép tính đơn giản và chưa có ứng dụng thực tế. Theo trưởng nhóm nghiên cứu, Ehud Shapiro, thiết bị có thể kiểm tra danh sách con số, trả lời câu hỏi dạng "có/không"... Tuy nhiên, xét về tốc độ và dung lượng lưu trữ, máy tính ADN vượt xa thiết bị truyền thống. Các nhà khoa học cho biết phân tử ADN trong nhân của mọi tế bào có thể chứa nhiều thông tin trong 1 cm3 hơn 1.000 tỷ CD nhạc. Hiệu suất sử dụng năng lượng của máy tính ADN cũng gấp 1 triệu lần so với PC.Trong khi máy tính để bàn được thiết kế để thực hiện một phép tính thật nhanh thì máy tính ADN tạo ra hàng tỷ câu trả lời cùng một lúc. Điều này khiến thiết bị sinh học phù hợp với việc giải quyết các vấn đề logic mờ. Tương lai có thể xuất hiện loại máy tính lai ghép dùng silicon truyền thống để thực hiện các nhiệm vụ thông thường và những bộ đồng xử lý ADN để giải quyết nhiều vấn đề phức tạp.Điện toán ADN trên thế giới vẫn đang ở giai đoạn sơ khai. Tuy nhiên, nó có thể thay đổi tương lai của máy tính, đặc biệt là các ứng dụng về sinh y học và dược học. Một số nhà khoa học dự đoán rằng bác sĩ sẽ đưa máy tính ADN vào cơ thể người để kiểm tra sức khoẻ. Thiết bị sẽ phun thuốc để điều trị những mô bị tổn hại."Máy tính siêu nhỏ" sinh hoá tồn tại trong mọi sinh vật nhưng con người gần như không thể kiểm soát chúng, ví dụ không thể lập trình cây xanh để tính toán số pi. Ý tưởng sử dụng ADN để lưu trữ và xử lý thông tin xuất hiện từ năm 1994 khi một nhà khoa học Mỹ lần đầu tiên dùng ADN trong ống nghiệm để giải quyết một vấn đề toán học đơn giản. V. MỞ RỘNG V.1. Ứng dụng khác của enzyme: Ñ Ứng dụng trong hóa học Cho đến nay, việc ứng dụng enzyme trong hóa học là do enzyme có cảm ứng cao đối với nhiệt độ, pH và những thay đổi khác của môi trường. Một trong những ứng dụng chế phẩm enzyme đáng được chú . nhất trong thời gian gần đây là dùng chất mang để gắn phức enzyme xúc tác cho phản ứng nhiều bước. Ví dụ tổng hợp glutathion, acid béo, alcaloid, sản xuất hormone…Cũng bằng cách tạo phức, người ta gắn vi sinh vật để sử dụng trong công nghệ xử l. nước thải, sản xuất alcohol, amino acid… Trong nghiên cứu cấu trúc hóa học, người ta cũng sử dụng enzyme, ví dụ dùng protease để nghiên cứu cấu trúc protein, dùng endonuclease để nghiên cứu cấu trúc nucleic acid … Dùng làm thuốc thử trong hóa phân tích. Ñ Ứng dụng trong công nghiệp Việc sử dụng enzyme trong công nghiệp là đa dạng, phong phú và đ. đạt được nhiều kết quả to lớn. Thử nh.n thống kê sơ bộ sau đây về các l.nh vực đ. dùng protease ta có thể thấy được sự đa dạng: công nghiệp thịt, công nghiệp chế biến cá,công nghiệp chế biến sữa, công nghiệp bánh m., bánh kẹo, công nghiệp bia, công nghiệp sản xuất sữa khô và bột trứng, công nghiệp hương phẩm và mỹ phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp da, công nghiệp phim ảnh, công nghiệp y học…Với amylase, đ. được dùng trong sản xuất bánh m., công nghiệp bánh kẹo, công nghiệp rượu, sản xuất bia, sản xuất mật,glucose, sản xuất các sản phẩm rau, chế biến thức ăn cho trẻ con, sản xuất các mặt hàng từ quả, sản xuất nước ngọt, công nghiệp dệt, công nghiệp giấy…Trong phạm vi giáo tr.nh này chúng ta chỉ đề cập đến việc ứng dụng chế phẩm enzyme trong một số l.nh vực. Dùng enzyme trị kẹo cao su Các nhà khoa học đã thử nghiệm một hợp chất sinh học có thể giúp nước Anh trị được thảm hoạ môi trường khiến họ phải tiêu tốn gần 190 triệu euro mỗi năm. Đó là nạn phun kẹo cao su xuống mặt đường Hẳn nhiều người còn nhớ hình ảnh ông huấn luyện viên nổi tiếng Alex Ferguson của câu lạc bộ Manchester United luôn miệng nhai kẹo cao su trong lúc điều hành trận đấu trên sân. Ở Anh, vấn đề này trở nên nghiêm trọng trong những năm gần đây. Kẹo cao su là một trong những thứ kẹo phổ biến nhất ở đất nước này, bằng chứng là mức tiêu thụ nó đã tăng 7% trong ba năm qua. Hậu quả là lề đường các thành phố dính đầy kẹo cao su vứt ra. Theo tờ The Guardian, vụ tẩy sạch đường Oxford Street mới đây tại London, một trong những huyết mạch giao thông chính ở thủ đô, đã giúp kiểm đếm có khoảng 300.000 tàn tích kẹo cao su được người nhai phun ra. Những hoạt động dọn dẹp kiểu này ngày càng trở nên tốn kém kinh khủng. Năm 2007, một thanh kẹo cao su giá 3 xu Anh làm nhà nước mất đến 10 xu để tẩy sạch. Mới đây, hai nhóm nghiên cứu ở Manchester và Belfast đã chế ra một dung dịch có khả năng hoà tan