Enzyme protease là gì? Lợi ích đối với cơ thể và ứng dụng trong cuộc sống

Enzyme protease là một trong những nhóm enzyme quan trọng, giúp thủy phân liên kết peptide thành các peptide nhỏ hơn và axid amin dễ hấp thu. Protease không chỉ có trong cơ thể người, động vật, thực vật và vi sinh vật mà còn được ứng dụng rộng rãi trong y học, công nghiệp thực phẩm và nhiều lĩnh vực đời sống. Trong bài viết này, Mediphar USA sẽ giúp bạn hiểu rõ enzyme protease là gì, cơ chế hoạt động, tác dụng, lợi ích và ứng dụng của enzyme trong đời sống

Enzyme protease là gì?

Enzyme protease, còn được gọi là peptidases hoặc proteinase, là enzyme xúc tác quá trình thủy phân liên kết peptide trong phân tử protein. Phản ứng xúc tác bởi enzyme protease giúp phá vỡ liên kết, tạo ra các đoạn protein nhỏ hơn, peptide và cuối cùng thành các axid amin tự do. [1], [2]

Lợi ích của Enzyme protease đối với cơ thể

Enzyme protease không chỉ tham gia vào quá trình phân giải protein để tạo năng lượng và nguyên liệu cho cơ thể, mà còn giữ vai trò quan trọng trong nhiều hoạt động sinh lý khác. Những lợi ích này đã được chứng minh qua nghiên cứu y học và ứng dụng thực tế.

Hỗ trợ tiêu hoá

Protease là enzyme thiết yếu trong hệ tiêu hóa, đặc biệt trong việc phân giải protein từ thịt, cá, trứng và sữa. Nhờ khả năng thủy phân liên kết peptide, protease biến các phân tử protein phức tạp thành peptide ngắn và axid amin đơn giản.

Đây là dạng mà cơ thể có thể hấp thu trực tiếp qua ruột non và sử dụng để hình thành cơ, sản xuất hormone, enzyme và các chất dẫn truyền thần kinh. Nếu thiếu protease, cơ thể dễ gặp tình trạng đầy bụng, khó tiêu và suy giảm hấp thu dinh dưỡng, đặc biệt ở những người có chế độ ăn giàu đạm. [5]

Tăng cường hệ miễn dịch

Một số protease tham gia trực tiếp vào cơ chế miễn dịch thông qua việc phân giải các protein ngoại lai hoặc kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể. Khi các cấu trúc lạ bị phá vỡ thành phân tử nhỏ hơn, hệ miễn dịch dễ dàng nhận diện và loại bỏ. Ngoài ra, protease còn tham gia điều hòa phản ứng viêm – một phần quan trọng của cơ chế phòng vệ.

Thúc đẩy quá trình chữa lành của tế bào

Protease không chỉ phân giải protein từ thức ăn mà còn tham gia xử lý các protein hư hỏng, tế bào chết và mô hoại tử trong cơ thể. Quá trình này giúp làm sạch vùng tổn thương, giảm nguy cơ nhiễm trùng và tạo điều kiện cho các tế bào mới phát triển. Nhờ vậy, protease góp phần thúc đẩy quá trình lành vết thương, giúp giảm tình trạng sưng tấy, khó chịu và phục hồi sau phẫu thuật hoặc chấn thương. [5]

Cần thiết cho quá trình đông máu

Enzyme protease đóng vai trò quan trọng trong cơ chế đông máu. Các yếu tố đông máu ban đầu ở dạng tiền enzyme, khi được hoạt hóa sẽ trở thành serine protease và tham gia vào phản ứng dây chuyền. Trong đó, thrombin là protease trung tâm, có nhiệm vụ cắt fibrinogen thành fibrin, tạo mạng lưới bền vững hình thành cục máu đông, giúp cơ thể tránh mất máu quá mức.

Dọn dẹp các tế bào tổn thương

Protease giữ vai trò quan trọng trong quá trình apoptosis (quá trình chết theo chương trình của tế bào). Nhờ cơ chế này, cơ thể có thể loại bỏ kịp thời những tế bào đã bị tổn thương, già cỗi hoặc bất thường, thay thế bằng những tế bào khỏe mạnh hơn. Đây là một bước kiểm soát tự nhiên và cần thiết, giúp duy trì sự cân bằng trong cơ thể, đồng thời ngăn ngừa sự phát triển của ung thư cũng như nhiều vấn đề sức khỏe nguy hiểm khác. [4]

Các loại enzyme protease

Enzyme protease được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau dựa trên ví trí tác động, cơ chế xúc tác hay điều kiện hoạt động pH tối ưu [1]. Hiểu rõ các phân loại giúp sử dụng enzym hiệu quả trong các ứng dụng khác nhau.

Dựa trên vị trí tác động

Protease được phân thành 2 loại chính, dựa trên vị trí mà chúng tác động lên vị trí cắt liên kết peptide trong phân tử protein.

• Endopeptidase: cắt liên kết peptide bên trong chuỗi polypeptide, tạo ra các đoạn peptide ngắn hơn. Một số endopeptidase như:
• Trypsin: Cắt liên kết peptide ở phía carboxyl của lysine và arginine
• Chymotrypsin: Cắt liên kết peptide ở phía carboxyl của axid amin thơm
• Pepsin: Cắt liên kết peptide giữa các axid amin kỵ nước
• Elastase: Cắt liên kết peptide liền kề với các axid amin trung tính, không thơm
• Exopeptidase: cắt liên kết peptide ở đầu của chuỗi polypeptide. Một số exopeptidase như:
• Aminopeptidases: Loại bỏ các axid amin khỏi đầu N (đầu amin) của protein
• Carboxypeptidases: Loại bỏ các axid amin khỏi đầu C (đầu carboxyl) của protein
• Dipeptidyl peptidase: Loại bỏ các dipeptide khỏi đầu N
• Tripeptidyl peptidase: Loại bỏ tripeptid khỏi đầu N

Dựa trên cơ chế xúc tác

Enzyme protease cũng được phân loại dựa trên loại gốc amino axid hoặc ion kim loại tham gia trực tiếp vào trung tâm hoạt động của enzyme:

• Serine protease: Trung tâm hoạt động chứa gốc serine, điển hình là trypsin, chymotrypsin.
• Cysteine protease: Sử dụng gốc cysteine trong cơ chế xúc tác, ví dụ như papain.
• Aspartic protease: Dựa trên gốc aspartic axid, ví dụ pepsin (dạ dày).
• Metalloprotease: Cần ion kim loại (thường là Zn²⁺) để hoạt động, ví dụ thermolysin.

Dựa trên pH tối ưu

Protease cũng được phân loại theo điều kiện pH mà chúng hoạt động tối ưu:

• Protease axid: Hoạt động tối ưu trong môi trường axid (pH < 7), ví dụ như pepsin (pH tối ưu khoảng 1,5 – 3).
• Protease trung tính: Hoạt động tối ưu ở pH trung tính (pH khoảng 7). Ví dụ bao gồm các enzyme tuyến tụy như trypsin và chymotrypsin.
• Protease base: Hoạt động tối ưu trong môi trường kiềm (pH > 7). Ví dụ bao gồm subtilisin và protease kiềm từ loài Bacillus.

Enzyme protease có ở đâu?

Enzyme protease không chỉ có trong cơ thể mà còn có trong nhiều loại thực phẩm quen thuộc, hỗ trợ tiêu hóa và mang lại lợi ích cho sức khỏe như sau:

Enzyme protease trong cơ thể và tự nhiên

Enzyme protease có ở nhiều nơi khác nhau trong tự nhiên và trong cơ thể người [3]:

Trong cơ thể người và động vật:

• Ở dạ dày, pepsin là protease chính hoạt động trong môi trường axid, có nhiệm vụ phân giải protein từ thức ăn.
• Ở tuyến tụy, nhiều loại protease như trypsin, chymotrypsin, elastase được tiết vào ruột non, tiếp tục phân giải protein thành các peptide và axid amin.
• Trong máu và mô, các protease tham gia vào cơ chế đông máu, tiêu sợi huyết, phản ứng viêm và miễn dịch.

Trong thực vật:

Một số loại quả có chứa protease đặc hiệu như đu đủ, dứa, hay kiwi. Các enzyme này thường được ứng dụng trong y dược và công nghiệp thực phẩm.

Trong vi sinh vật:

Nhiều loài vi khuẩn và nấm tiết protease ra môi trường để phân giải protein, phục vụ quá trình sinh trưởng.

Xem ngay các loại men tiêu hóa có chứa enzyme protase

Protease có trong thực phẩm nào?

Một số thực phẩm giàu enzyme protease tự nhiên như [4]:

• Đu đủ: Chứa enzyme papain thủy phân protein mạnh, ứng dụng trong y học và công nghiệp.
• Dứa: Chứa enzyme bromelain có tác dụng hỗ trợ tiêu hóa và chống viêm.
• Kiwi: Chứa enzyme actinidin giúp phân giải protein từ thịt và sữa.
• Đậu nành lên men: Vi sinh vật tạo ra nhiều protease trong quá trình lên men, góp phần tăng giá trị dinh dưỡng và dễ tiêu hóa.

Tìm hiểu cách làm nước enzyme từ hoa quả

Cơ chế tác dụng của enzyme protease

Cơ chế hoạt động của enzyme protease là phân giải protein bằng cách cắt các liên kết peptide trong chuỗi polypeptide, biến protein lớn thành các peptide nhỏ hơn hoặc các axid amin tự do. Cơ chế tác dụng chung:

• Liên kết: Enzyme protease tiếp cận và liên kết với phân tử protein mục tiêu, hình thành một phức hợp enzyme-cơ chất.
• Thủy phân liên kết peptide: Enzyme sử dụng năng lượng sinh học để thực hiện phản ứng thủy phân, phá vỡ các liên kết peptide (-CO~NH-) trong chuỗi polypeptide.
• Tạo ra sản phẩm: Quá trình này giải phóng các axid amin tự do, các peptide nhỏ hoặc các đoạn peptide thấp, là những thành phần cơ bản của protein.

Nhược điểm của enzyme protease

Mặc dù enzyme protease mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe và được ứng dụng rộng rãi trong y học cũng như công nghiệp thực phẩm, song việc sử dụng không đúng cách hoặc quá liều có thể gây ra một số bất lợi:

• Protease có thể gây kích ứng dạ dày, dẫn đến buồn nôn hoặc tiêu chảy, đặc biệt ở người có hệ tiêu hóa nhạy cảm.
• Protease có thể ảnh hưởng quá trình đông máu, do đó không phù hợp với bệnh nhân đang sử dụng thuốc chống đông hoặc có tiền sử rối loạn đông máu.
• Enzyme này rất nhạy cảm với pH và nhiệt độ, dễ bị mất hoạt tính khi gặp môi trường không thích hợp.
• Trong một số trường hợp hiếm, protease có thể gây phản ứng dị ứng. [6]

Ứng dụng của enzyme protease trong một số ngành nghề

Protease không chỉ quan trọng trong y học và sinh học mà còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp và chế biến thực phẩm nhờ khả năng phân giải protein hiệu quả. Dưới đây là một số ứng dụng của enzyme protease trong một số ngành nghề:

Ứng dụng của enzyme protease trong dược phẩm và y tế

Enzyme protease có nhiều ứng dụng quan trọng trong y tế nhờ khả năng thủy phân protein và tham gia vào các quá trình sinh học thiết yếu:

• Hỗ trợ điều trị bệnh tiêu hóa: Bromelain, trypsin và chymotrypsin được dùng trong các chế phẩm enzyme để cải thiện khả năng hấp thu protein, đặc biệt phù hợp cho người bị hội chứng kém hấp thu, rối loạn tiêu hóa, viêm dạ dày hoặc viêm tụy [1].
• Điều trị viêm và chấn thương: Trypsin, chymotrypsin giúp giảm sưng, đau và thúc đẩy quá trình lành vết thương sau phẫu thuật hay bong gân, bầm tím [5].
• Hỗ trợ điều trị ung thư: Serratiopeptidase và bromelain có khả năng phá vỡ màng bảo vệ khối u, tăng hiệu quả hóa trị/xạ trị, đồng thời tăng cường miễn dịch.
• Điều hòa đông máu và miễn dịch: Plasmin giúp làm tan cục máu đông, ngăn ngừa huyết khối, đột quỵ, nhồi máu cơ tim, đồng thời hỗ trợ loại bỏ protein có hại.
• Điều trị bệnh hô hấp: Serratiopeptidase phân giải đờm nhầy, giúp thông thoáng đường thở, hỗ trợ bệnh nhân viêm phổi, hen suyễn, bệnh phổi mạn tính.

Ứng dụng của enzyme protease trong sản xuất nước mắm

Nước mắm là một sản phẩm do thịt cá ngâm dầm trong nước muối mặn, phân giải từ protein phức tạp đến protein đơn giản và cuối cùng là các axid amin, nhờ tác dụng của enzyme có sẵn trong thịt và hệ tiêu hóa của cá, làm cho nước mắm có mùi vị đặc trưng.

Enzyme protease đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình thủy phân protein cá để tạo ra nước mắm. Quá trình thuỷ phân tự nhiên diễn ra chậm và yếu (từ 12 – 24 tháng) nhờ hệ enzyme protease có trong nội tạng cá. Do đó, việc bổ sung enzyme từ ngoài vào giúp đẩy nhanh quá trình thuỷ phân protein cá mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nhờ vậy, enzyme này được coi là yếu tố quan trọng quyết định giá trị cảm quan và dinh dưỡng của nước mắm. [7]

Ứng dụng của enzyme protease trong trong công nghiệp thực phẩm

Protease đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực của công nghiệp thực phẩm nhờ khả năng thủy phân protein, cải thiện tính chất chức năng và hương vị, và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.

• Trong ngành sữa: Protease được dùng để sản xuất phô ma, xử lý whey protein và hoặc tạo ra các loại sữa công thức không gây dị ứng.
• Trong ngành làm bánh: protease được sử dụng để xử lý gluten, cải thiện cấu trúc, tăng thể tích bánh và góp phần phát triển hương vị.
• Trong chế biến thịt: Các enzyme như papain, bromelain giúp làm mềm thịt, hoặc các protease khác giúp cải thiện chức năng của protein thịt và sản xuất gelatin từ collagen.
• Ngành đồ uống: Ứng dụng protease để làm trong bia, giảm vị đắng cà phê và hỗ trợ chiết xuất, làm trong nước ép.
• Ngoài ra: Protease còn được sử dụng làm chất tăng cường hương vị tự nhiên, dùng trong thực phẩm bổ sung cũng như các thành phần chức năng có khả năng nhũ hóa, hòa tan và tạo bọt tốt hơn.

Nhờ đó, protease trở thành enzyme quan trọng giúp nâng cao chất lượng, giá trị dinh dưỡng và cảm quan trong nhiều loại thực phẩm.

Kết luận

Enzyme protease là đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh học tự nhiên và có nhiều ứng dụng trong y học và công nghiệp thực phẩm. Việc sử dụng protease bổ sung cần được cân nhắc kỹ lưỡng và có hướng dẫn để đảm bảo an toàn. Với những lợi ích và tiềm năng to lớn, enzyme protease chắc chắn sẽ tiếp tục được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong tương lai.

Nguồn tham khảo:

1. Protease Enzymes: Classification, Functions, and Applications | Food Safety Institute
2. Protease – an overview | ScienceDirect Topics
3. Frontiers | Microbial Proteases Applications
4. Protease: Function, Benefits, Risks, Sources, and More | Health
5. What is Protease? | Enzyme Science
6. PROTEOLYTIC ENZYMES (PROTEASES): Overview, Uses, Side Effects, Precautions, Interactions, Dosing and Reviews | WebMD
7. https://www.quangninh.gov.vn/So/sokhoahoccongnghe/Lists/TinTuc/Attachments/5155/BCTK%20de%20tai%20NM.PDF

Dược sĩ Phạm Cao Hà

Đã kiểm duyệt nội dung

Tôi là dược sĩ Phạm Cao Hà, hiện đang giữ vai trò cố vấn chuyên môn tại Công ty TNHH Mediphar USA. Với gần 40 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu và quản lý chất lượng sản phẩm thực phẩm chức năng bảo vệ sức khỏe, tôi cam kết cung cấp những thông tin chính xác và hữu ích cho cộng đồng.

Hy vọng rằng những kiến thức và kinh nghiệm mà tôi chia sẻ trên website medipharusa.com sẽ hỗ trợ Quý Đối Tác và Khách Hàng của công ty trong việc hiểu biết sâu sắc hơn về lĩnh vực dược phẩm và thực phẩm chức năng.

> Xem thêm về tác giả