Hiện nay người ta đã tồn được hơn 2.000 loại enzym xúc tác cho hơn 2.000 phản ứng khác nhau. Con số đó ngày càng được tăng thêm. Mấy trăm enzym đã phân lập được rất tinh khiết, trong số này có trên 150 loại đã tinh thể hoá được (tức là khá đồng nhất về thành phần).
Nhóm enzym tiêu hoá được nghiên cứu đầu tiên nên mang những tên gọi tuỳ tiện ví dụ như pepsin, trypsin, chimozin, phanh...
Năm 1898 Duy-cơ-lô đã đề ra qui tắc gọi enzym theo tên La tinh của cơ chất hoặc của phản ứng sau khi thêm vĩ ngữ "ase" vào gốc chữ.
Từ đó ta có tên gọi:
Amylum - Amylase (enzym phân giải tinh bột) Protein - Proteinase (enzym phân giải protein) U re - Urease (enzym phân giải urê)
Oxy - Oxydase (enzym oxy hoá)
Hydrogen - Hydrogenase (enzym thuỷ phân)
Metyl - Metylferase (enzym vận chuyển nhóm CH3) 8.7.2. Phân loại enzym
Có nhiều cách phân loại enzym, có thể dựa vào bản chất hoá học của enzym, cũng có thể dựa vào kiểu xúc tác của enzym để phân loại enzym.
8.7.2.1. Phân loại theo bản chất hoá học
Như chúng ta đã biết bản chất hoá học của enzym là protein. Cho nên, nếu dựa vào bản chất hoá học người ta chia enzym ra làm 2 lớp: lớp enzym đơn giản và lớp enzym phức tạp
- Lớp enzym đơn giản tương ứng với lớp protein đơn giản, có thành phần thuần tuý là acid amin và tính xúc tác sinh học của chúng được qui định bởi cấu trúc của phân tử protein. Ví dụ enzym: pepsin, trypsin, urease...
- Lớp enzym phức tạp, tương ứng với một.em phức tạp, trong phân tử có 2 phần: phần protein và phần nhóm ghép không phải bản chất protein.
Phần protein, kể cả enzym đơn giản, gần với loại protein dạng cầu như globulin, albumin, trong enzym phức tạp người ta gọi phần này là apoenzym phần này quyết định tính đặc hiệu của enzym.
Phần nhóm ghép không phải protein có tên là coenzym. Phần này có nguồn gốc khác nhau: có thể là nucleotid, nhóm hẻm, các nguyên tử kim loại, đáng chú ý nhất là
ở nhiều enzym phức tạp, nhóm ghép là dẫn xuất của vitamin. Ví dụ: enzym dehydrogenase hiếu khí (chứa vitamin B2) enzym decarboxylase (chứa vitamin B1),
enzym dehydrogenase yếm khí (chứa vitamin PP)...
Mối liên kết giữa nhóm ghép và phần protein của phân tử enzym có độ bền vững không nhất định, ở loại này thì bền (ví dụ nhóm cytocrom), ở loại khác không bền lắm (như riboflavin của enzym dchydrogenase hiếu kho. Có loại chứa nhóm ghép hoàn toàn linh động như NAD, NAD.P của enzym dehydrogenase yếm khí.
Tính xúc tác thường do cả 2 phần này qui định, nhóm ghép thường nằm trong điểm hoạt động của enzym.
8.7.2.2. Phân loại theo cơ chế xúc tác của enzym
Mỗi một enzym có tính đặc hiệu riêng của nó, cho nên nếu dựa vào đặc điểm xúc tác của enzym (tức là phản ứng do enzym xúc tác, kiểu hoạt động của enzym) thì tại Hội nghị sinh hoá học Quốc tế cuối năm 1961 họp tại Moscow đã đề ra một bảng phân loại mới, trong đó enzym được chia ra làm 6 lớp.
Oxydoreductase (Lớp enzym oxy hoá hoàn nguyên sinh học) - Hydrolase (Lớp enzym thuỷ phân)
- Lia se (Lớp enzym phân giải chất không theo con đường thuỷ phân) - Ligase hay Syntetase (Lớp enzym tổng hợp chất)
- Transferase (Lớp enzym vận chuyển)
- Isomerase hay Mutase (Lớp enzym đồng phân hoá)
Mỗi lớp lại chia thành nhiều nhóm và mỗi nhóm lại có nhiều đại diện. Lớp 1 : Oxydoreductase
(Lớp enzym oxy hoá hoàn nguyên sinh học)
Là nhóm enzym xúc tác những phản ứng oxy hóa khử giữa các cơ chất trong quá trình oxy hoá khử, cho nên còn được gọi là electrontransportase. Những enzym này phần nhiều xúc tác sự vận chuyển điện tử.
Lớp oxydoreductase rất phổ biến trong các mô bào của mọi sinh vật vì oxy- hoá hoàn nguyên là một trong những quá trình cơ bản nhất của sự sống.
Tuỳ theo mạch nối nơi chúng lấy điện tử (hoặc nguyên tử H2) mà lớp oxydoreductase chia ra các nhóm:
- Dehydrogenase - Oxydase
- Peroxydase - Cytocrom.
1. Nhóm dehydrogenase
Đây là enzym oxy - hoá hoàn nguyên xúc tác sự tách H2 từ cứ chất theo sơ đồ:
Cơ chất bị oxy hoá (khử) mất đi nguyên tử H2 còn chất B nhận H2 (oxy hoá)
được hoàn nguyên.
Nếu B ở sơ đồ trên không phải là oxy mà là một chất khác thì dehydrogenase loại này là yếm khí. Còn nếu chất nhận B là oxy thì dchydrogenase loại này là hiếu khí. Cấu trúc của 2 loại enzym này khác nhau, rõ rệt nhất là về nhóm ghép của chúng.
a- Dehydrogenase yếm khí
Enzym loại này lấy H2 từ cứ chất truyền cho chất nhận không phải là O2
Nhóm ghép của dehydrogenase yếm khí có cấu trúc phức tạp chứa vitamin PP gọi tắt là NAD và NAD.P.
- NAD (Nicotinamid - adenosin - dinucleotid)
- NAD.P (Nicotinanud - adenosin - dinucleotid phosphat)
Đặc điểm của hai nhóm ghép này là không liên kết cố định với enzym mà rất dễ tách khỏi phần protein của enzym (rất linh động).
Trong hoạt động oxy-hoá chúng nhận điện tử (hoặc nguyên tử H2) tư
ớehydrogenase yếm khí để chuyển cho dehydrogenase hiếu khí (tức men vàng). Công thức nhóm ghép của dehydrogenase yếm khí:
Mỗi cơ chất thường có loại dehydrogenase yếm khí đặc hiệu tác dụng. Ví dụ: Rượu có alcotholdehydrogenase
b- Dehydrogenase hiếu khí
Đây là nhóm enzym tách điện tử hoặc proton hydro và chuyển cho chất nhận là oxy.
Nhóm enzym hiếu khí này hay còn gọi là men vàng vì phần nhổm ghép là ribonavin (vitamin B2) có màu vàng. Đó là FMN và FAD công thức như sau:
Enzym dehydrogenase hiếu khí nhận nguyên tử H2 tư ớehydrogenase yếm khí
thông qua NAD và NAD.P biến thành dạng hoàn nguyên không màu. Nó lại chuyển H2 đó trực tiếp hoặc gián tiếp (thông qua hệ thống Cytocrom) cho oxy để tạo thành
H2O hoặc H2O2.
2. Nhóm oxydase
Đây là nhóm enzym oxy hóa cơ chất và chuyển trực tiếp H2 cho O2 (chỉ chuyển
cho O2 mà thôi).
Loại enzym này thấy nhiều trong mô bào thực vật, ở mô bào động vật ít hơn. Sơ đồ hoạt động của oxydase như sau:
oxydase là những enzym phức tạp chứa nguyên tử đồng bên cạnh phần protein. 3. Nhóm peroxydase
Đây là nhóm enzym oxy hoá tách oxy từ peroxythydro (H2O2) hoặc các peroxyt
hữu cơ khác
Cơ chất được oxy - hóa nhờ peroxydase ở cơ thể thường là polyphenol hoặc các acid amin mạch vòng.
Thuyết oxy - hóa của Ba-khơ đặc biệt nhấn mạnh vai trò peroxydase đối với những peroxyt hữu cơ.
Đây là enzym có nhiều trong mô bào thực vật. ở động vật có mấy loại đáng kể như verdoperoxydase của hồng cầu, lactoperoxydase của sữa.
Như chúng ta đã biết để phân hoá H2O2 (Chất độc) còn có enzym catalase.
(nếu là peroxydase thì tạo thành oxy nguyên tử (O) và tiếp tục phản ứng).
Về mặt cấu trúc peroxydase và catalase là những enzym phức tạp có nhóm ghép là vòng porflrin chứa nguyên tử sắt 2 (nhóm Hẻm).
4. Nhóm cytocrom
mọi tế bào sinh vật (trừ loại vi khuẩn yếm khí), nó tạo thành hệ thống cytocrom và cytocrom - oxydase bao gồm các chất cytocrom và enzym oxy - hoá cytocrom (tức là cytocrom - oxydase).
Cytocrom có trên dưới 10 loại, ký hiệu bằng chữ La tinh a, b, c...
Ở mô bào động vật chủ yếu cytocrom a, b, c; ở vi sinh vật, nấm men, cây cối có nhiều loại hơn a1, a2, a3, b1...
Trọng lượng phân tử của cytocrom 13 - 16.000 nhóm ghép có cấu trúc như vòng he min chứa nguyên tử Fe3+. Trong quá trình oxy - hoá hoàn nguyên, cytocrom chỉ nhận và chuyển điện tử nhờ sự thay đổi hoá trị Fe.
Về cơ chế hoạt hoá của chúng, ta thấy trong các tế bào động vật hệ thống cytocrom đứng trung gian giữa enzym flavin hoàn nguyên và oxy, chúng nhận điện tử ở FMN (hoặc FAD) để chuyển cho O2:
Nguyên tử O2 được hoạt hoá mang dư điện tích (-) O2- sẽ dễ năng liên kết với 2
proton H+ tạo thành H2O.
Quá trình tiến hành kèm theo sự giải phóng năng lượng và được tích luỹ vào ATP sẽ trình bày ở phần trao đổi chất về sau)
Lớp 2: Hydrolase (lớp enzym thuỷ phân)
Lớp này gồm những enzym phân giải nhiều cơ chất khác nhau như protein, lipid, ,lucid.... tạo ra những phần đơn giản.
Phản ứng có sự tham gia của phân tử H2o nên gọi là lớp enzym thuỷ phân. Sơ đồ phản ứng:
Dựa vào mạch nối và cơ chất người ta chia hydrolase làm nhiều nhóm Ví dụ: Nhóm cắt mạch este
Nhóm cắt mạch glưcosid Nhóm cắt mạch peptid
Đáng chú ý nhất là mấy nhóm chính dưới đây 1. Carbohydrase
- Thuỷ phân glucid (Cắt mạch glucozit C - O - C)
- Loại carbohydrase thuỷ phân đa đường gọi là polysacarase Loại carbohyđrase thuỷ phân đường kép gọi là disacarase.
* Đại diện chính của polysacarase (hay polyase) là a - amylase, ~ - amylase, cellulase. Nước bọt và mô động vật (gan, tuỷ, cơ, não...) chủ yếu là a - amylase.
- a - amylase phân giải tinh bột, glycogen thành dextrin và một ít maltose. - β - amylase chủ yếu ở thực vật, khả năng phân giải cao hơn (đến maltose). - Enzym cellulase chủ yếu có ở các loài vi sinh vật, ở động vật cao đẳng (người, gia súc) không có, enzym này thuỷ phân chất xơ (cellulose) thành đường kép celobiose.
* Nhóm disacarase (hay olygase) có tính đặc hiệu hoá học không gian nến chia ra a và β glucosidase, tuỳ vị trí cắt mạch glucosid trong đường kép.
a - glucosidase thường gặp: maltase (có nhúm dịch tiêu hoá nội bào). β - glucosidase như sacarase, lactase...
2. Esterase
Cắt mạch este phức tạp như phospho - este; thioeste mỡ...
Nhóm enzym này có tính đặc hiệu không cao (trừ cholinesterase đặc hiệu cho acetylcholin của hệ thần kinh).
Một số phân nhóm chính như sau:
a- Lipase: (thuỷ phân mỡ thành glycerin và acid béo)
Enzym này có ở tụy, máu, gan và hạt cây có dầu nhiều vi khuẩn cũng chứa lipase.
b- Phosphatase: Tách hoặc ghép gốc phosphat ở nhiều loại cơ chất.
Đại diện: enzym nucleotidase - tách H2PO4 khỏi nucleotiớ Ribonuclease và
3. Protease
Thuỷ phân protein và peptid Chia làm 2 loại: proteinase và peptidase Sơ đồ phản ứng:
* Đại diện chính của proteinase là Pepsin: có trong dịch tiêu hoá dạ dày
Lúc mới tiết ra ở dạng pepsinogen và được hoạt hoá bởi Ho với pH = 1,5 - 2,0. Chúng phân giải gần 30% mạch peptid và biến protein thành polypeptid.
Chimosin: enzym này chỉ có ở dạ múi khế động vật non.
Nó có tác dụng làm đông vón caseinogen ô sữa thành casein không hoà tan, để kéo dài thời gian tác động của pepsin.
Trypsin: Do tuyến tụy tiết ra dưới dạng trypsinogen.
Hoạt động ở môi trường kiềm của ruột non pH = 8 - 9
- Chimotrypsin: do tuyến tụy tiết ra nhờ trypsin hoạt hoá, nó có tác dụng làm casein đông vón.
- Catepsin: có trong mô bào như gan, cơ, thận, lách hoạt động ở pH : 4 -5 nên tác dụng phá huỷ protein nổi bật sau khi động vật chết (pa mô bào lúc đó toan vì có nhiều acid lactic).
Papain: là proteinase thực vật có nhiều ở nhựa cây đu đủ.
Những mảnh peptid do nhóm enzym kể trên phân hoá sẽ được peptidase tác động tiếp tục đến acid amin.
* Một số đại diện peptidase như sau:
- Carboxvpeptidase: do tuyến tụy và niêm mạc ruột non sản sinh, nó cắt mạch peptid gần nhóm carboxyl (COOH) tự do.
Aminopeptidase: Do niêm mạc ruột non sản sinh, nó cắt mạch peptid gần nhóm quan (NH2) tự do.
4. Amidase
Thuỷ phân các amid
Mấy đại diện phổ biến:
- Urease tách urê thành amoniac
Glutaminase tách glutamin thành acid glutamic và NH3' - Asparaginase tách asparagin
5. Desaminase
Enzym khử nhóm quan
Enzym này tách NH2 ra khỏi aciớ quan hoặc gốc kiềm purin. Ví dụ:
Lớp 3: Liase (lớp enzym phân giải chết không theo thuỷ phân) Đây là lớp enzym phân giải hoặc tổng hợp chất không theo con đường thuỷ phân. (Nhóm ghép của enzym này là dẫn xuất VTM Bị - LTPP).
Kết quả của phản ứng thường làm xuất hiện (hoặc mất đi) một mạch nối.
Dựa vào mạch nối mà enzym tác dụng, người ta chia ra các kiểu xúc tác như sau: C - C liase; C - O liase; C - N liase; C - S liase...
Ví dụ:
Lớp 4: Ligase hoặc syntetase (lớp enzym tổng hợp chất)