Hemicellulase

Danh pháp

Tên chung quốc tế

Hemicellulase

Mã UNII

S2MZZ5DR1O

Mã CAS

9025-56-3

Cấu trúc phân tử

Hemicellulase là gì? Hemicellulase là một nhóm các enzyme có khả năng phân giải hemicellulose, một loại carbohydrate phức tạp có trong thành tế bào thực vật. Hemicellulose bao gồm nhiều loại đường khác nhau, chẳng hạn như xylan, mannan, galactan và arabinan. Do đó, hemicellulase cũng bao gồm nhiều loại enzyme khác nhau, chẳng hạn như xylanase, mannanase, galactanase và arabinanase. Mỗi loại enzyme chỉ có thể phân giải một loại đường cụ thể trong hemicellulose.

Cấu trúc phân tử của enzyme hemicellulase có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc và chức năng của chúng. Tuy nhiên, một số đặc điểm chung có thể được nhận biết, chẳng hạn như:

• Hemicellulase thường có ít nhất một miền xúc tác (catalytic domain) chịu trách nhiệm cho phản ứng phân giải hemicellulose. Miền xúc tác có thể có cấu trúc bậc hai (secondary structure) là kết cấu phiến (beta-sheet) hoặc xoắn ốc (alpha-helix), hoặc kết hợp cả hai.
• Hemicellulase cũng có thể có một hoặc nhiều miền liên kết carbohydrate (carbohydrate-binding domain – CBD), giúp enzyme gắn vào hemicellulose và tăng hiệu quả xúc tác. Miền CBD thường có cấu trúc bậc hai là kết cấu phiến và chứa các vòng disaccharide hoặc trisaccharide.
• Hemicellulase có thể có các miền liên kết không xúc tác (non-catalytic binding domain – NBD) khác, giúp enzyme tương tác với các phân tử khác trong môi trường sinh học, chẳng hạn protein, lipid hoặc ion kim loại. Miền NBD có thể có cấu trúc bậc hai đa dạng và chứa các khu vực hydrophobic hoặc hydrophilic.

Dạng bào chế

Viên nén: 50 mg

Độ ổn định và điều kiện bảo quản

Độ ổn định của hemicellulase phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, pH, độ mặn, chất ổn định và chất ức chế:

• Nhiệt độ cao có thể làm giảm hoạt tính của enzyme do phá vỡ cấu trúc thứ cấp và thứ tự của protein.
• pH không phù hợp cũng có thể làm thay đổi sự tương tác giữa các nhóm acid-base trong enzyme, làm mất tính cân bằng điện tích và khả năng kết nối với chất nền.
• Độ mặn cao có thể làm tăng sự tương tác ion-ion trong enzyme, làm giảm tính linh hoạt và khả năng thích ứng với các biến đổi môi trường.
• Chất ổn định như polyol, protein, chất béo và chất béo không bão hòa có thể bảo vệ enzyme khỏi sự phân hủy do nhiệt hoặc pH.
• Chất ức chế như kim loại nặng, chất oxy hóa, dung môi hữu cơ và chất khử có thể gắn vào các vị trí hoạt động của enzyme hoặc làm thay đổi cấu trúc của enzyme, làm giảm hoặc ngăn chặn sự phản ứng với chất nền.

Hemicellulase thường được bảo quản ở nhiệt độ thấp (4-8°C) để ngăn ngừa sự sinh sản của vi khuẩn và nấm gây ôi thiu hoặc phân hủy enzyme. Tuy nhiên, nhiệt độ quá thấp (dưới 0°C) có thể làm đóng băng dung dịch enzyme, gây ra sự biến đổi cấu trúc và mất hoạt tính. Ngoài ra, dung dịch enzyme cần được bảo quản ở pH phù hợp với loại enzyme và có sự hiện diện của các chất ổn định để ngăn ngừa sự thủy phân hoặc oxi hóa của enzyme. Để tránh sự tiếp xúc với ánh sáng, dung dịch enzyme cần được bọc kín hoặc để trong các bình màu tối.

Nguồn gốc

Hemicellulase được phát hiện và phát triển bởi nhiều nhà khoa học khác nhau trong suốt thế kỷ 20. Một số nhà khoa học tiêu biểu có thể kể đến là:

• Eduard Buchner, người đã chứng minh rằng enzyme có thể hoạt động mà không cần tế bào sống vào năm 1897. Ông cũng đã phân lập được enzyme xylanase, một loại hemicellulase, từ men bia.
• Otto Rohm, người đã sử dụng enzyme để sản xuất da nhân tạo vào năm 1907. Ông cũng đã thành lập công ty Rohm and Haas, chuyên về các sản phẩm dựa trên enzyme.
• Carl Neuberg, người đã nghiên cứu về vai trò của hemicellulase trong quá trình lên men và chuyển hóa carbohydrate vào những năm 1920. Ông cũng đã đặt tên cho các loại enzyme khác nhau dựa trên loại hemicellulose mà chúng phân giải.
• Emil Fischer, người đã xác định cấu trúc hóa học của các loại đường đơn giản và phức tạp vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20. Ông cũng đã đề xuất mô hình khóa-khoá của enzyme và chất nền vào năm 1894.
• Kiyoshi Matsuhashi, người đã phát triển phương pháp sinh sản enzyme từ vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy vào năm 1959. Ông cũng đã khám phá ra enzyme cellulase, một loại enzyme có liên quan đến hemicellulase, từ vi khuẩn Thermomonospora fusca.

Hemicellulase có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như công nghiệp giấy, thực phẩm, dược phẩm, năng lượng và môi trường. Hemicellulase giúp cải thiện chất lượng và hiệu suất của các sản phẩm từ thực vật bằng cách giảm độ nhớt, tăng độ tan, tạo ra các chất có giá trị cao từ hemicellulose và giảm lượng chất thải.

Dược lý và cơ chế hoạt động

Hemicellulase là một nhóm enzyme có khả năng phân giải hemicellulose, một loại polysaccharide phức tạp có trong thành tế bào thực vật. Hemicellulase có nhiều loại khác nhau, mỗi loại tác động lên một liên kết cụ thể trong hemicellulose. Cơ chế tác dụng dược lý của hemicellulase là giúp cải thiện quá trình tiêu hóa, giảm các triệu chứng khó tiêu, đầy hơi, đau bụng và táo bón. Hemicellulase cũng có thể giúp ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh trong đường ruột, tăng cường hệ miễn dịch và hấp thu dinh dưỡng.

Ứng dụng trong y học

Trong khi hemicellulase đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm và sản xuất giấy, vai trò của nó trong y học cũng đang dần được nhận diện và khai thác.

Hỗ trợ tiêu hóa: Chất xơ là một phần quan trọng của chế độ ăn hàng ngày, nhưng cơ thể con người không thể tiêu hóa chất xơ một cách hiệu quả mà không có sự giúp đỡ từ các enzym tiêu hóa. Hemicellulase chính là một trong những enzym này. Trong y học, hemicellulase thường được bổ sung trong các sản phẩm giúp tiêu hóa để phân giải hemicellulose, giúp giảm thiểu các triệu chứng tiêu hóa không mong muốn như đầy hơi, khó tiêu, và tiêu chảy.

Giảm viêm và giảm đau: Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng hemicellulase có thể giúp giảm viêm và đau trong cơ thể. Điều này đặc biệt hữu ích trong việc điều trị các bệnh lý viêm nhiều mô như viêm khớp. Cơ chế hoạt động cụ thể của enzym này trong việc giảm viêm và đau vẫn cần được nghiên cứu kỹ lưỡng hơn.

Ứng dụng trong điều trị bệnh lý tiêu hóa: Ngoài việc giúp tiêu hóa chất xơ, hemicellulase cũng có thể giúp cải thiện sức khỏe của hệ tiêu hóa. Các sản phẩm bổ sung chứa hemicellulase thường được sử dụng để điều trị một số bệnh lý tiêu hóa như hội chứng ruột kích thích, táo bón, và các rối loạn tiêu hóa khác.

Phá vỡ bức tường vi khuẩn: Một số vi khuẩn có bức tường bên ngoài chứa hemicellulose. Hemicellulase có thể giúp phân giải bức tường này, làm yếu đi khả năng bảo vệ của vi khuẩn và giúp cơ thể dễ dàng tiêu diệt chúng. Điều này có tiềm năng trong việc phát triển các phương pháp điều trị mới cho một số bệnh nhiễm trùng.

Ứng dụng trong nghiên cứu: Trong lĩnh vực nghiên cứu y học, hemicellulase thường được sử dụng để phân tách và chiết xuất các hợp chất từ thực vật, đặc biệt là trong việc phân giải mô thực vật để thu được các tế bào hoặc hợp chất cụ thể.

Mặc dù không được biết đến rộng rãi như một số enzym tiêu hóa khác, hemicellulase đã và đang chứng tỏ mình có nhiều ứng dụng quan trọng trong y học. Từ việc hỗ trợ tiêu hóa cho đến khả năng giảm viêm và đau, hemicellulase không chỉ giúp cải thiện sức khỏe hệ tiêu hóa mà còn mở ra cơ hội mới trong việc nghiên cứu và điều trị các bệnh lý khác. Mặc dù đã có nhiều tiến bộ, còn rất nhiều điều chúng ta cần tìm hiểu về hemicellulase và tiềm năng của nó trong lĩnh vực y học.

Dược động học

Không có thông tin.

Độc tính ở người

Tiêu hóa: Khi sử dụng như là một bổ sung tiêu hóa, hemicellulase thường được coi là an toàn. Chúng giúp phân giải chất xơ, giúp cải thiện quá trình tiêu hóa và giảm các triệu chứng tiêu hóa không mong muốn.

Nguy cơ dị ứng: Giống như bất kỳ chất protein nào khác, một số người có thể phản ứng dị ứng với hemicellulase, dù rất hiếm. Triệu chứng dị ứng có thể bao gồm đau bụng, nổi đỏ, ngứa hoặc khó thở.

Quá liều: Trong trường hợp sử dụng quá liều lượng đề nghị của bổ sung tiêu hóa có chứa hemicellulase, có thể xuất hiện các triệu chứng tiêu hóa như đau bụng, tiêu chảy hoặc khó tiêu. Tuy nhiên, không có bằng chứng cho thấy việc tiêu thụ hemicellulase ở mức cao có hại đối với sức khỏe dài hạn.

Tính an toàn

Phụ nữ mang thai: Hemicellulase được cho là an toàn đối với phụ nữ mang thai nếu được sử dụng theo liều lượng khuyến cáo. Không có bằng chứng cho thấy hemicellulase gây hại cho thai nhi hay ảnh hưởng đến sự phát triển của thai nhi. Tuy nhiên, phụ nữ mang thai nên tham khảo ý kiến bác sĩ trước khi sử dụng bất kỳ loại enzyme nào để đảm bảo an toàn cho mình và con.

Trẻ em: Hemicellulase cũng được cho là an toàn đối với trẻ em nếu được sử dụng theo liều lượng khuyến cáo. Hemicellulase có thể giúp cải thiện tiêu hóa và hấp thu chất dinh dưỡng ở trẻ em, đặc biệt là những trẻ em có khó khăn trong việc tiêu hóa các loại thực phẩm chứa hemicellulose như ngũ cốc, rau quả và hạt. Tuy nhiên, trẻ em cũng nên được theo dõi kỹ lưỡng khi sử dụng hemicellulase để phòng ngừa các tác dụng phụ có thể xảy ra như đau bụng, tiêu chảy, khó tiêu hay phản ứng dị ứng.

Người già: Hemicellulase cũng có thể mang lại lợi ích cho người già, bởi vì khả năng tiêu hóa của người già thường giảm sút theo tuổi tác. Hemicellulase có thể giúp người già tiêu hóa tốt hơn các loại thực phẩm chứa hemicellulose, từ đó giảm thiểu các triệu chứng khó chịu như đầy bụng, ợ chua, khó tiêu hay táo bón. Tuy nhiên, người già cũng nên cẩn thận khi sử dụng hemicellulase, bởi vì hemicellulase có thể tương tác với một số loại thuốc mà người già thường phải uống hàng ngày. Do đó, người già nên tham khảo ý kiến bác sĩ trước khi sử dụng hemicellulase để tránh các tác dụng phụ không mong muốn.

Người bị dị ứng: Hemicellulase là một loại enzyme được sản xuất từ các vi sinh vật như nấm men hay vi khuẩn. Do đó, một số người có thể bị dị ứng với hemicellulase hoặc các thành phần khác trong sản phẩm chứa hemicellulase. Các triệu chứng dị ứng có thể gồm có ngứa, phát ban, sưng, khó thở, hoặc sốc phản vệ. Nếu bạn có tiền sử dị ứng với bất kỳ loại enzyme nào, bạn nên tránh sử dụng hemicellulase hoặc thử một liều nhỏ trước khi sử dụng đầy đủ. Nếu bạn có bất kỳ triệu chứng dị ứng nào khi sử dụng hemicellulase, bạn nên ngừng sử dụng ngay lập tức và gọi bác sĩ.

Tương tác với thuốc khác

Hemicellulase có thể tương tác với một số loại thuốc khác nhau, tùy thuộc vào cơ chế hoạt động và đặc tính của chúng. Một số ví dụ về các tương tác thuốc có thể xảy ra khi sử dụng hemicellulase là:

• Hemicellulase có thể làm giảm hấp thu của các kháng sinh quinolon như ciprofloxacin, do ion canxi trong hemicellulase tạo phức khó hấp thu với quinolon trong đường tiêu hóa. Do đó, nếu dùng hemicellulase cùng với quinolon, cần uống cách nhau ít nhất 2-4 giờ để tránh ảnh hưởng đến hiệu quả điều trị.
• Hemicellulase có thể làm tăng hoặc giảm tác dụng của các thuốc chống đông máu như warfarin, do ảnh hưởng đến hệ vi khuẩn sản xuất vitamin K trong đường ruột. Vitamin K là một yếu tố quan trọng trong quá trình đông máu, nên sự thay đổi nồng độ vitamin K có thể làm thay đổi chỉ số INR (international normalized ratio), một chỉ số đo hiệu quả của warfarin. Nếu dùng hemicellulase cùng với warfarin, cần theo dõi chặt chẽ INR và chỉnh liều warfarin theo sự hướng dẫn của bác sĩ.
• Hemicellulase có thể làm giảm hiệu quả của các thuốc chống nấm azole như ketoconazole, do làm giảm pH dạ dày và ức chế CYP450 3A4, một enzyme chuyển hóa ketoconazole. Nếu dùng hemicellulase cùng với ketoconazole, cần uống cách nhau ít nhất 2 giờ hoặc nhiều giờ hơn để tăng khả năng hấp thu của ketoconazole.

Lưu ý khi sử dụng Hemicellulase

Hemicellulase có thể gây dị ứng ở một số người, đặc biệt là những người có tiền sử dị ứng với nấm men hoặc vi khuẩn. Nếu bạn bị ngứa, phát ban, sưng hoặc khó thở khi tiếp xúc với hemicellulase, bạn nên ngừng sử dụng ngay và tìm cách chữa trị.

Hemicellulase có thể tương tác với một số loại thuốc khác, như thuốc chống đông máu, thuốc giảm đường huyết hoặc thuốc chống viêm. Nếu bạn đang dùng bất kỳ loại thuốc nào, bạn nên tham khảo ý kiến bác sĩ trước khi sử dụng hemicellulase.

Hemicellulase có thể ảnh hưởng đến đường ruột của bạn, gây ra các triệu chứng như đầy bụng, khó tiêu, đau bụng hoặc tiêu chảy. Bạn nên bắt đầu với liều thấp và tăng dần theo thời gian để cơ thể có thể thích nghi. Bạn cũng nên uống nhiều nước và ăn nhiều chất xơ để giúp tiêu hóa tốt hơn.

Một vài nghiên cứu của Hemicellulase trong Y học

Đáp ứng lâm sàng đối với alpha-amylase và hemicellulase của nấm ăn vào ở những người nhạy cảm với Aspergillus fumigatus

Alpha-Amylase và hemicellulase, có nguồn gốc từ nuôi cấy loài Aspergillus, thường được thêm vào bột mì như chất cải tiến trong quá trình nướng bánh. Hai trường hợp phụ nữ nhạy cảm nghề nghiệp với alpha-amylase đã gặp phải các triệu chứng dị ứng sau khi ăn bánh mì nướng đã được báo cáo. Với thiết kế nghiên cứu ngẫu nhiên, có kiểm soát, chúng tôi đã nghiên cứu xem liệu những phản ứng tương tự có xảy ra ở những người nhạy cảm với loài Aspergillus hay không.

Mười bảy đối tượng có kết quả xét nghiệm chích da dương tính với Aspergillus fumigatus đã được nghiên cứu. Các phản ứng về triệu chứng và sinh lý sau khi ăn bánh mì nướng có chứa alpha-amylase và hemicellulase được so sánh, theo kiểu chéo, với những phản ứng sau khi ăn bánh mì nướng không có enzyme.

Không có sự gia tăng về hô hấp hoặc các triệu chứng khác, chức năng phổi hoặc phản ứng quá mức ở phế quản không đặc hiệu được báo cáo sau khi ăn bánh mì có chứa enzyme. Chúng tôi kết luận rằng các phản ứng lâm sàng quan trọng đối với alpha-amylase và hemicellulase trong bánh mì nướng không thường xuyên xảy ra ở những người nhạy cảm với loài Aspergillus.

Tài liệu tham khảo

1. Cullinan, P., Cook, A., Jones, M., Cannon, J., Fitzgerald, B., & Taylor, A. J. (1997). Clinical responses to ingested fungal alpha-amylase and hemicellulase in persons sensitized to Aspergillus fumigatus?. Allergy, 52(3), 346–349. https://doi.org/10.1111/j.1398-9995.1997.tb01003.x
2. Drugbank, Hemicellulase, truy cập ngày 6 tháng 10 năm 2023.
3. Sciencedirect, Hemicellulase, truy cập ngày 6 tháng 10 năm 2023.
4. Pubchem, Hemicellulase, truy cập ngày 6 tháng 10 năm 2023.
5. Bộ Y Tế (2012), Dược thư quốc gia Việt Nam, Nhà xuất bản Y học, Hà Nội