ยีนที่เข้ารหัสเอนไซม์ P450 และตัวเอนไซม์เอง จะถูกกำหนดด้วยสัญลักษณ์รากศัพท์CYPสำหรับกลุ่มใหญ่ตามด้วยตัวเลขที่ระบุกลุ่มยีนตัวอักษรตัวใหญ่ระบุกลุ่มย่อย และตัวเลขอีกตัวสำหรับยีนแต่ละตัว ตามธรรมเนียมแล้วจะใช้ตัวเอียงเมื่ออ้างถึงยีน ตัวอย่างเช่นCYP2E1คือยีนที่เข้ารหัสเอนไซม์CYP2E1ซึ่งเป็นหนึ่งในเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับ การเผาผลาญ พาราเซตามอล (อะเซตามิโนเฟน) ระบบการตั้งชื่อ CYPเป็นหลักเกณฑ์การตั้งชื่ออย่างเป็นทางการ แม้ว่าบางครั้ง จะใช้ CYP450หรือCYP แทนกันได้ แต่ไม่ควรใช้ชื่อเหล่านี้ตามหลักเกณฑ์การตั้งชื่อ (เนื่องจากหมายถึง P450 ในกลุ่มที่ 450) อย่างไรก็ตาม ชื่อยีนหรือเอนไซม์บางชื่อสำหรับ P450 ยังถูกอ้างอิงด้วยชื่อทางประวัติศาสตร์ (เช่น P450 สำหรับ CYP102A1) หรือชื่อตามหน้าที่ ซึ่งบ่งบอกถึงกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาและชื่อของสารประกอบที่ใช้เป็นสารตั้งต้น ตัวอย่างเช่นCYP5A1 thromboxane A synthase ซึ่งย่อเป็นTBXAS1 (thromboxane A 2 1) และCYP51A1 lanosterol 14-α-demethylase ซึ่งบางครั้งย่ออย่างไม่เป็นทางการเป็น LDM ตามสารตั้งต้น (lanosterol) และกิจกรรม (demethylation) ^{[ 3 ]}

แนวทางการตั้งชื่อแนะนำว่าสมาชิกของตระกูล CYP ใหม่ควรมี กรด อะมิโนที่ เหมือนกันอย่างน้อย 40% ในขณะที่สมาชิกของตระกูลย่อยต้องมีกรดอะมิโนที่เหมือนกันอย่างน้อย 55% คณะกรรมการการตั้งชื่อจะกำหนดและติดตามทั้งชื่อยีนพื้นฐาน ( Cytochrome P450 Homepage Archived 2010-06-27 at the Wayback Machine ) และชื่ออัลลีล ( CYP Allele Nomenclature Committee ) ^{[ 4 ] [ 5 ]}การจัดกลุ่มตามความคล้ายคลึงเหล่านี้มักพบได้ในการวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการ และสมาชิกโดยทั่วไปจะมีลักษณะร่วมกันในกิจกรรมเร่งปฏิกิริยา บางครั้งเกณฑ์ความคล้ายคลึงที่แนะนำอาจไม่ตรงกับรูปแบบทางวิวัฒนาการที่แสดง (เช่น สมาชิกใหม่ที่ใกล้เคียงกับตระกูลแต่มีความเหมือนกันเพียง 39%) ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า "family creep" เมื่อเกณฑ์ความคล้ายคลึงลดลง หรือการแยกตระกูลเป็นครั้งคราว^{[ 6 ]}

มีระบบการตั้งชื่อสากลสำหรับการกำหนดหมายเลขตระกูล P450 ในกลุ่มอนุกรมวิธาน: ^{[ 7 ]}

• CYP1 – 49, CYP301 – CYP499, ...: สัตว์ทดลอง
  • CYP440 – 446: สงวนไว้สำหรับสมาชิกกลุ่ม CYP74 ที่พบในสัตว์
• CYP51 – 69, CYP501 – CYP699, ...: เชื้อราและยูคาริโอตระดับต่ำ^{[ 8 ]}
  • CYP6001 – CYP6099: การรวมตัวกันของเอนไซม์ P450 กับเอนไซม์อื่นๆ ในเชื้อรา เช่น ไดออกซิเจเนส หรือเพอร์ออกซิเจเนส หรือไอโซเมอเรส
• CYP71 – 99, CYP701 – CYP999, ...: พืช ( Archaeplastida )
• CYP101 – 299, ... แบคทีเรีย

กลุ่มอนุกรมวิธานถูกกำหนดสำหรับ CYP1001 – CYP69999 โดยการขยายกลุ่มอนุกรมวิธานที่กำหนดไว้สำหรับ CYP101 – 999 ตัวอย่างเช่น CYP3001 – 4999 และ CYP30001 – CYP49999 ถูกจัดสรรให้กับสัตว์ การสงวนที่กำหนดไว้ภายใต้กลุ่มเหล่านี้จะไม่ถูกขยาย^{[ 7 ]}มีฐานข้อมูลหลายแห่งที่ใช้สำหรับการติดตามหมายเลขตระกูล P450 ที่กำหนดไว้ ตัวอักษรวงศ์ย่อย และ หมายเลขกลุ่ม ออร์โธล็อกโดยมีจุดประสงค์เพื่อให้ไม่เพียงแต่ไม่มีความคลุมเครือในความหมายของคำนำหน้าตระกูล-วงศ์ย่อยแต่ละคำ^{[ 9 ]}แต่ยังเพื่อให้ยีนที่มีชื่อเดียวกันในสายพันธุ์ต่างๆ เป็นออร์โธล็อกซึ่งกันและกันณ เดือนเมษายน2026 ฐานข้อมูลที่สมบูรณ์ที่สุดคือ P450 Atlas (เวอร์ชัน 1.3.0) ซึ่งครอบคลุม 11068 ตระกูล 26037 ตระกูลย่อย 79577 กลุ่มออร์โธล็อก และ 164068 ลำดับตัวอย่างของกลุ่มออร์โธล็อก^{[ 10 ]}

การเปรียบเทียบระหว่างเอนไซม์ P450 หลายชนิดจากตระกูลต่างๆ ทำให้เกิดแนวคิดของกลุ่ม (clans ) ซึ่งเป็นการจัดกลุ่มวิวัฒนาการของตระกูลต่างๆ เกณฑ์ความคล้ายคลึงที่แน่นอนยังไม่ชัดเจน แต่โดยทั่วไปเข้าใจกันว่าควรมาจากโหนดที่แยกตัวออกมาไม่กี่โหนดแรกของแผนภูมิวิวัฒนาการ^{[ 11 ]}บางกลุ่มมีเพียงตระกูลเดียว ในขณะที่บางกลุ่มมีความหลากหลายสูงและมีหลายตระกูลอยู่ภายใน (เช่น กลุ่ม CYP71 และกลุ่ม CYP85) การติดตามการเกิดขึ้นของกลุ่มและตระกูลต่างๆ ในกลุ่มอนุกรมวิธานหลายกลุ่มทำให้เห็นภาพที่ชัดเจนของวิวัฒนาการของความสามารถในการเผาผลาญ^{[ 6 ] [ 12 ]}

โดยพิจารณาจากลักษณะของโปรตีนที่ทำหน้าที่ถ่ายโอนอิเล็กตรอน เอนไซม์ P450 สามารถจำแนกออกเป็นหลายกลุ่มได้ดังนี้:

• ระบบ CPR-P450ประกอบด้วยไซโตโครม P450 รีดักเทส (CPR) และโดเมน P450
  • ระบบไมโครโซมอล P450ซึ่งอิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนจากNADPHผ่านทาง CPR (ซึ่งอาจเป็น CPR, POR หรือ CYPOR)
  • นอกจากนี้ยังพบในแบคทีเรีย เช่นP450meg (CYP106A2) จากBacillus megaterium ^{[ 13 ]}
• ระบบ Fr/Fd/P450ซึ่งใช้เฟอร์เรดอกซินรีดักเทสและเฟอร์เรดอกซินในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยัง P450 ตัวอย่างคือ ระบบ P450cam (CYP101A1) ของพลาสติดพืชจาก โอเปรอน CAMสำหรับสารตั้งต้นที่เกี่ยวข้องกับการบูร^{[ 13 ]}
  • ระบบ P450 ในไมโทคอนเดรียใช้เอนไซม์อะดรีโนดอกซินรีดักเทสและอะดรีโนดอกซิน (ซึ่งเป็นเฟอร์โรดอกซิน) ในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจาก NADPH ไปยัง P450
  • ระบบ FMN/Fd/P450 : เดิมทีพบใน สายพันธุ์ Rhodococcusซึ่ง มี เอนไซม์รีดักเทสที่มีโดเมนFMNเชื่อมต่อกับ CYP
• ระบบ CYB R/cyb /P450ซึ่งอิเล็กตรอนทั้งสองตัวที่ CYP ต้องการมาจากไซโตโครม b ซึ่งถูกรีดิวซ์โดยไซโตโครม b รีดักเทส (CYB R)
• ระบบ P450 เท่านั้นที่ไม่ต้องการพลังงานรีดิวซ์จากภายนอก ระบบที่โดดเด่น ได้แก่ ทรอมบอกเซนซินเทส (CYP5), พรอสตาไซคลินซินเทส (CYP8) และ CYP74A ( อัลลีนออกไซด์ซินเทส )

บริเวณออกฤทธิ์ของไซโตโครม P450 ประกอบด้วยศูนย์กลางฮีม-เหล็ก เหล็กถูกยึดไว้กับโปรตีนผ่านลิแกนด์ไทโอ เลต ของซิสเทอีน ซิส เทอีนนี้และสารตกค้างข้างเคียงหลายตัวได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูงใน P450 ที่รู้จัก และมี รูปแบบฉันทามติลายเซ็น PROSITE อย่างเป็นทางการ [FW] - [SGNH] - x - [GD] - {F} - [RKHPT] - {P} - C - [LIVMFAP] - [GAD] ^{[ 14 ]}โดยทั่วไป วัฏจักรเร่งปฏิกิริยาของ P450 ดำเนินไปดังนี้:

1. สารตั้งต้นจะจับกับกลุ่มฮีม ในบริเวณใกล้เคียง กับด้านตรงข้ามกับไทโอเลตแกน การจับของสารตั้งต้นจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของบริเวณออกฤทธิ์ ซึ่งมักจะทำให้โมเลกุลของน้ำถูกแทนที่จากตำแหน่งการประสานงานแกนปลายสุดของเหล็กฮีม^{[ 15 ]}และเปลี่ยนสถานะของเหล็กฮีมจากสปินต่ำเป็นสปินสูง^{[ 16 ]}
2. การจับกับซับสเตรตจะกระตุ้นการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจาก NAD(P)H ผ่านทางไซโตโครม P450 รีดักเทส หรือ รีดักเทสอื่นที่เกี่ยวข้อง^{[ 17 ]}ซึ่งจะเปลี่ยน Fe(III) เป็น Fe(II)
3. ออกซิเจนโมเลกุลจะจับกับศูนย์กลางฮีมเหล็กที่เกิดขึ้น ณ ตำแหน่งการประสานงานตามแกนด้านปลาย โดยในขั้นต้นจะให้สารประกอบไดออกซิเจนที่คล้ายกับออกซีไมโอโกลบิน
4. อิเล็กตรอนตัวที่สองจะถูกถ่ายโอนจากไซโตโครม P450 รีดักเทสเฟอร์เรดอกซินหรือไซโตโครม b ซึ่งจะลดสารประกอบ Fe-O ให้เกิดสถานะเพอร์ออกโซที่มีอายุสั้น
5. กลุ่มเพอร์ออกโซที่เกิดขึ้นในขั้นตอนที่ 4 จะถูกโปรตอนอย่างรวดเร็วสองครั้ง ปล่อยโมเลกุลน้ำหนึ่งโมเลกุลและก่อตัวเป็นสปีชีส์ที่มีปฏิกิริยาสูงที่เรียกว่าP450 Compound 1 (หรือเรียกสั้นๆ ว่า Compound I) สารตัวกลางที่มีปฏิกิริยาสูงนี้ถูกแยกได้ในปี 2010 ^{[ 18 ]} P450 Compound 1 เป็นสปีชีส์เหล็ก(IV) ออกโซ (หรือเฟอร์ริล ) ที่มีตัวออกซิไดซ์เพิ่มเติมที่กระจายตัวอยู่เหนือลิแกนด์พอร์ไฟริน และไทโอเลต หลักฐานสำหรับ เหล็ก(V)-ออกโซเพอร์เฟอร์ริลทางเลือก^{[ 15 ]}ยังขาดอยู่^{[ 18 ]}

ขึ้นอยู่กับสารตั้งต้นและเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง เอนไซม์ P450 สามารถเร่งปฏิกิริยาได้หลากหลายชนิด ภาพประกอบแสดงปฏิกิริยาไฮดรอกซิเลชันสมมุติ หลังจากที่ผลิตภัณฑ์ไฮดรอกซิเลชันถูกปล่อยออกจากบริเวณออกฤทธิ์แล้ว เอนไซม์จะกลับคืนสู่สภาพเดิม โดยโมเลกุลของน้ำจะกลับเข้าไปอยู่ในตำแหน่งการประสานงานที่ปลายสุดของนิวเคลียสเหล็ก

เส้นทางทางเลือกสำหรับการเติมออกซิเจนเพียงอะตอมเดียวคือผ่าน "ทางลัดเปอร์ออกไซด์" (เส้นทาง "S" ในรูป) เส้นทางนี้เกี่ยวข้องกับการออกซิเดชันของสารเชิงซ้อนเฟอร์ริก-ซับสเตรตด้วยตัวให้กำเนิดอะตอมออกซิเจน เช่น เปอร์ออกไซด์และไฮโปคลอไรต์^{[ 19 ]}เปอร์ออกไซด์สมมุติ "XOOH" แสดงอยู่ในแผนภาพ

รายละเอียดเชิงกลไก รวมถึงกลไกการดีดกลับของออกซิเจนได้รับการตรวจสอบด้วยอะนาล็อกสังเคราะห์ ซึ่งประกอบด้วยสารเชิงซ้อนเหล็กออกโซฮีม^{[ 20 ]}

การจับตัวของสารตั้งต้นสะท้อนให้เห็นในคุณสมบัติทางสเปกตรัมของเอนไซม์ โดยมีการเพิ่มขึ้นของการดูดกลืนแสงที่ 390  นาโนเมตร และลดลงที่ 420  นาโนเมตร สามารถวัดได้ด้วยสเปกโทรสโกปีแบบผลต่าง และเรียกว่า สเปกตรัมผลต่างแบบ "ประเภท I" (ดูแผนภูมิแทรกในรูป) สารตั้งต้นบางชนิดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงตรงกันข้ามในคุณสมบัติทางสเปกตรัม เรียกว่า สเปกตรัมแบบ "ประเภท I ย้อนกลับ" โดยกระบวนการที่ยังไม่ชัดเจน สารยับยั้งและสารตั้งต้นบางชนิดที่จับกับเหล็กฮีมโดยตรงทำให้เกิด สเปกตรัมผลต่างแบบประเภท II โดยมีค่าสูงสุดที่ 430  นาโนเมตร และค่าต่ำสุดที่ 390  นาโนเมตร (ดูแผนภูมิแทรกในรูป) หากไม่มีสารเทียบเท่ารีดิวซ์ คอมเพล็กซ์นี้อาจยังคงเสถียร ทำให้สามารถกำหนดระดับการจับตัวได้จากการวัดการดูดกลืนแสงในหลอดทดลอง^{[ 19 ]} C: หากคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) จับกับ P450 ที่ถูกรีดิวซ์ วงจรเร่งปฏิกิริยาจะถูกขัดจังหวะ ปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดสเปกตรัมผลต่าง CO แบบคลาสสิกโดยมีค่าสูงสุดที่ 450  นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม ผลกระทบที่ขัดขวางและยับยั้งของ CO แตกต่างกันไปตาม CYP ต่างๆ โดยที่ตระกูล CYP3A ได้รับผลกระทบน้อยกว่า^{[ 21 ] [ 22 ]}

ฮีมในไซโตโครม P450 จับกับลำดับที่อนุรักษ์ไว้: FxxGxRxCxGโดยที่ "x" หมายถึงกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน ซิสเทอีน (C) จับกับ Fe และอาร์จินีน (R) ก่อให้เกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตที่แข็งแรงกับโซ่ข้างที่มีประจุลบของฮีม หมู่ไกลซีน (G) ภายในลำดับที่อนุรักษ์ไว้นั้นมีความสำคัญ เนื่องจากโครงสร้างขนาดเล็กของมันช่วยให้อัลฟาเฮลิกซ์โดยรอบยังคงอยู่ในตำแหน่งเดิมโดยไม่เกิดปฏิกิริยากับกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน^{[ 23 ]}ลวดลายที่อนุรักษ์ไว้เพิ่มเติม ได้แก่:

• ExxR(เกลียว K) ^{[ 23 ]}
• AGxDTT(I-helix, โดเมนจับออกซิเจน) ^{[ 23 ]}