Protease thuộc phân lớp 4 của lớp thứ 3 (E.C.3.4). Căn cứ vào cơ chế phản
ứng, dựa vào đặc trưng của trung tâm hoạt động, pH hoạt động thích hợp… các nhà khoa học đã phân loại protease của vi sinh vật thành 4 nhóm sau:
• Protease serine: là những protease có chứa nhóm (-OH) của serine trong trung tâm hoạt động. Các protease serine thường hoạt động ở pH kiềm và có tính đặc hiệu tương đối rộng. Tính đặc hiệu thể hiện về phía gốc amino acid chứa nhóm (-CO-) của liên kết peptide bị thủy phân. Nhóm (-OH) này có vai trò
enzyme subtilisin là enzyme protease kiềm quan trọng nhất và ứng dụng nhiều nhất trong các ngành công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa.
• Protease thiol: là những protease có chứa nhóm thiol (-SH) của amino acid cystein trong trung tâm hoạt động. Nhóm (-SH) này có vị trí đặc biệt trong trung tâm hoạt động xúc tác của enzyme, vì nó có khả năng phản ứng cao, tham gia nhiều biến đổi hóa học như: acid hóa, phosphoryl hóa, oxy hóa… Vai trò của nhóm thiol trong phân tử enzyme thể hiện ở nhiều mặt khác nhau như tạo thành phức trung gian enzyme - cơ chất, kết hợp giữa cơ chất và cofactor… Các protease thiol thường hoạt động mạnh ở pH trung tính và có tính đặc hiệu rộng; chỉ hoạt động khi nhóm thiol trong trung tâm hoạt động không bị bao vây. Do đó, các chất như Cys, acid ascorbic ở nồng độ xác định thường có tác dụng làm bền và hoạt hóa enzyme này. Một số ion kim loại nặng, đặc biệt là các muối thủy ngân và các chất khác như iodoacetamid có tác dụng ức chế enzyme protease thiol và các chất như: iodine, H2O2, EDTA… cũng có tác dụng ức chế enzyme này vì chúng có khả năng gắn với ion kim loại nên thường làm tăng độ bền của ion kim loại. Protease thiol thường là protease của thực vật như papain, bromeline…
• Protease acid: là những protease chứa nhóm (-COOH) trong trung tâm hoạt động. Các nhóm (-COOH) này thuộc mạch bên của Asp hoặc Glu hay cũng có thể là nhóm (-COOH) đầu C của chuỗi polypeptide. Các protease acid thường hoạt động ở vùng pH acid, bị ức chế bởi diazoacetyl norleucine methyl ester (DNME) và và có tính đặc hiệu đối với các amino acid có vòng thơm hoặc kỵ nước ở hai phía của liên kết peptide bị thủy phân. Protease acid là các enzyme và của vi nấm như renin (renet)…
• Protease kim loại (metalloprotease): là những protease trong trung tâm hoạt động của chúng có các ion kim loại. Các protease kim loại thường hoạt
động mạnh nhất ở vùng pH trung tính và có tính đặc hiệu về phía gốc amino acid chứa nhóm (-NH2-) của liên kết peptide; chúng có thể tác dụng lên các peptide chứa nhóm (-NH-) của các amino acid kỵ nước có kích thước hoặc các liên kết peptide được tạo thành từ các amino acid có phân tử thấp. Các protease kim loại
thường bị giảm hoạt tính dưới tác dụng của EDTA… Protease kim loại carboxylpeptidase A, collagenase và thermolysin…
Ngoài ra, protease còn được chia thành 3 nhóm dựa vào pH hoạt động của chúng bao gồm:
• Protease acid: hoạt động được ở pH < 3.
• Protease trung tính: là một metalloenzyme (enzyme cơ kim), chúng có pH hoạt động 6 - 7.
• Protease kiềm: chúng có khoảng pH hoạt động từ 9 - 10, trong trung tâm hoạt động có serine.
• Trong 4 nhóm kể trên, các protease serine và protease thiol có khả
năng phân giải các liên kết ester và amide của cả các dẫn xuất acid của amino acid. Ngược lại các protease kim loại và protease acid thì thường không có hoạt tính esterase và amidase đối với dẫn xuất của amino acid.
• Các protease serine có trọng lượng phân tử khoảng 20.000 - 27.000 Da, trọng lượng phân tử của các protease kim loại lớn hơn so với protease serine khoảng 33.800 - 48.400 Da. Protease thiol và nhiều protease acid cũng có phân tử lượng khoảng 30.000 - 40.000 Da.
Protease của vi sinh vật gồm protease ngoại bào và protease nội bào. Mỗi loại có các chức năng khác nhau đối với hoạt động sống của vi sinh vật như sau:
• Protease ngoại bào: phân giải protein và các cơ chất cao phân tử
khác có trong môi trường dinh dưỡng thành các dạng phân tử thấp để vi sinh vật có thể dễ dàng hấp thụ. Một số dẫn liệu cho thấy các đột biến vi sinh vật mất khả
năng tiết ra protease ngoại bào không thể sử dụng nguồn protein làm nguồn đạm dinh dưỡng. Trong quá trình tiết protease ngoại bào cũng như quá trình tổng hợp chúng ở nhiều vi khuẩn bị giảm khi trong môi trường chứa một lượng lớn amino acid.
• Protease nội bào: có thểở dạng tự do trong tế bào chất hoặc liên kết với ribosome, mặt trong của màng tế bào và chỉ tìm thấy ở môi trường xung quanh sau khi tế bào bị phá vỡ. Cho đến nay, các protease nội bào đang tiếp tục
(1976), protease nội bào có thể có vai trò quan trọng hơn protease ngoại bào. Chúng có thể hoàn thành một số chức năng sau:
− Phân giải các peptide được đưa từ môi trường ngoài vào thành các amino acid để tổng hợp protein trong tế bào hoặc dùng làm nguồn C, S, N,… giúp cho vi sinh vật thích nghi với điều kiện thay đổi của môi trường.
− Sự phân giải các peptide phân tử lượng thấp còn có vai trò loại trừ tác dụng độc hại của nó đối với tế bào vì một số peptide phân tử lượng thấp có thể là kháng nguyên gây kìm hãm sự sinh trưởng của vi sinh vật.
− Các protease nội bào có thể tham gia quá trình cải tiến một số
phân tử protein và enzyme. Điều này có ý nghĩa đối với việc hình thành và nảy mầm của bào tử vi sinh vật.
− Protease nội bào còn có tác dụng phân hủy protein vô dụng, tổng hợp sai do đột biến hoặc cũng có thể tham gia vào quá trình sinh trưởng của vách tế bào…