學理的探索、真理的追尋(3)-番外篇：有關酶分類的討論

 學理的探索、真理的追尋(3)-番外篇：有關酶分類的討論

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有留言提出一個很有趣又重要的議題：

國際酵素分類編碼七大類中，Rubisco 是被歸在第四大類，也就是lyase(裂解酶)類, 而不是第一大類，oxidoreductase(氧化還原酶類)：因此如果這題在考試中出現，詢問Rubisco分類的話,依照蔡老師您的解釋，學生選擇氧化還原酶，答案就錯了，因此在教學上可能還是要進一步說明分類的主因，會比較完整。

附上分類連結：https://www.enzyme-database.org/query.php?ec=4.1.1.39

因為這個議題具有很高的學理討論價值，我覺得應該好好討論，而不只是回覆留言，所以本文就誕生了....

我的回覆如下：

酵素委員會編號(EC編號)依據酵素催化過程，受質與產物的變化方式，將酶分為七類：

(一)、EC 1 氧化還原酶(Oxidoreductases)：催化「氧化還原反應」

(二)、EC 2 轉移酶(Transferases)：催化「將一個官能基從受質轉移到另一受質」

(三)、EC 3 水解酶(Hydrolases)：催化「受質經過水解產生兩種產物」

(四)、EC 4 裂解酶(Lyases)：催化「不經過水的作用，使C-C、C-N、C-O 或 C-S 鍵斷裂」

(五)、EC 5 異構酶(Isomerases)：催化「分子內結構重組」

(六)、EC 6 連接酶(Ligases)：催化「經由ATP的水解，使兩分子間形成C-O, C-S, C-N or C-C鍵結而連接」

(七)、EC 7 轉位酶(Translocases)：催化「離子或分子的跨模運輸」，是在 2018年8月新增的分類

若同一酵素有多種催化機制，是以該酵素"最主要的功能"作為分類依據。

1,5-二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶(Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, RuBisCO)最主要的功能是參與光合作用的固碳反應，也就是將CO2與二磷酸核酮糖(RuBP)經催化而形成兩個磷酸甘油酸(PGA)，過程中有C-C鍵斷裂，也不須水的參與(不屬於水解)，故屬於EC 4 裂解酶(Lyases)。

但RuBisCO也可催化O2與二磷酸核酮糖(RuBP)結合，形成不穩定中間產物，再裂解一個磷酸甘油酸(PGA)與一個磷酸乙醇酸(phosphoglycolate)，換句話說，這是個先經氧化反應再經裂解反應的過程

酵素委員會編號(EC編號)以其主要生理作為分類的優先性，RuBisCO的最主要功能是固碳反應，且光呼吸過程也有"裂解"，故分類上屬於EC 4(Lyases)，但這不太表此酵素沒有的其他催化作用。

更有甚者，目前已發現一些酵素同時具有兩種以上的主要生理功能，這個現象稱為催化雜食性(Catalytic Promiscuity)，就可能同時屬於不同EC分類的現象。

例如：P450酶通常被分類為單加氧酶，屬於氧化還原酶 (EC 1)，但某些哺乳動物的 P450 被發現具有磷脂酶 D (Phospholipase D)的水解活性，水解酶(EC 3)；或是如麩胱甘肽轉移酶(GSTs)可催化麩胱甘肽的轉移(屬於轉移酶，EC 2)，但也能催化順反異構化反應(cis-trans isomerization)，也屬於異構酶(EC 5)。

例外一個與高中教學有關的，是「合酶(synthase)」與「合成酶(synthetase)」的不同，前者沒有ATP參與，後者須ATP水解提供能量。因此高中所教的「ATP合酶」，實在不適合翻譯成「ATP合成酶」，兩者是不同的概念。合成酶屬於EC 6 連接酶(Ligases)，但合酶屬於EC 4 裂解酶(Lyases)，是不是有點"反直覺"！？

以ATP合酶為例，在催化ATP形成的過程中，沒有水解ATP，也沒有以水作為受質，所以是屬於裂解反應的「逆反應」。若是透過水合作用(水作為受質)合成物質，就會是EC 3 水解酶(Hydrolases)這一類的唷(水解的「逆反應」)。

參考資料：

Atkins W. M. (2015). Biological messiness vs. biological genius: Mechanistic aspects and roles of protein promiscuity. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 151, 3–11. https://doi.org/10.1016/j.jsbmb.2014.09.010

Guengerich, F. P., & Munro, A. W. (2013). Unusual cytochrome p450 enzymes and reactions. J. Biol. Chem. 288(24), 17065–17073. https://doi.org/10.1074/jbc.R113.462275