第三章 酶通论第一节 酶概论一、酶的概念及特性酶(enzyme)是活细胞内产生的具有高度专一性和催化效率的蛋白质，又称为生物催化剂，生物体在新陈代谢过程中，几乎所有的化学反应都是在酶的催化下进行的。
酶是生物催化剂(biological catalyst)，具有两方面的特性，既有与一般催化剂相同的催化性质，又具有一般催化剂所没有的生物大分子的特征。
酶与一般催化剂一样，只能催化热力学允许的化学反应，缩短达到化学平衡的时间，而不改变平衡点。酶作为催化剂在化学反应的前后没有质和量的改变。微量的酶就能发挥较大的催化作用。酶和一般催化剂的作用机理都是降低反应的活化能(activation energy)。因为酶是蛋白质，所以酶促反应又固有其特性：
1.高度的催化效率（高效性）
一般而论，酶促反应速度比非催化反应高107-1020倍。
2.高度的专一性（专一性）
一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，并生成一定的产物，这种现象称为酶的特异性或专一性(specificity)。受酶催化的化合物称为该酶的底物或作用物(substrate)。
3.酶活性的可调节性（可调节性）
酶是生物体的组成成份，和体内其他物质一样，不断在体内新陈代谢，酶的催化活性也受多方面的调控。例如，酶的生物合成的诱导和阻遏、酶的化学修饰、抑制物的调节作用、代谢物对酶的反馈调节、酶的别构调节以及神经体液因素的调节等，这些调控保证酶在体内新陈代谢中发挥其恰如其分的催化作用，使生命活动中的种种化学反应都能够有条不紊、协调一致地进行。
4.酶活性的不稳定性（不稳定性）
酶是蛋白质，酶促反应要求一定的PH、温度等温和的条件。强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线、剧烈震荡等任何使蛋白质变性的理化因素都可能使酶变性而失去其催化活性。
二、酶的分类和命名
（一）酶的分类国际酶学委员会(I.E.C)规定，按酶促反应的性质，可把酶分成六大类：
1.氧化还原酶类(oxido-reductases)：指催化底物进行氧化还原反应的酶类。例如，乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等。
2.转移酶类(transferases)：指催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类。如转甲基酶、转氨酸、己糖激酶、磷酸化酶等。
3.水解酶类(hydrolases)：指催化底物发生水解反应的酶类。例如、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等。
4.裂解酶类(lyases)：指催化一个底物分解为两个化合物或两个化合物合成为一个化合物的酶类。例如柠檬酸合成酶、醛缩酶等。
5.异构酶类(isomerases)：指催化各种同分异构体之间相互转化的酶类。如，磷酸丙糖异构酶、消旋酶等。
6,连接酶类 (合成酶类，ligases)：指催化两分子底物合成为一分子化合物，同时还必须偶联有ATP的磷酸键断裂的酶类。例如，谷氨酰胺合成酶、氨基酸：tRNA连接酶等。
（二）酶的命名
1.习惯命名法
（1）一般采用底物而命名：如蛋白水解酶等；对水解酶类，只要底物名称即可，如蔗糖酶、胆硷酯酶、蛋白酶等。
（2）依据其催化反应的性质来命名：如水解酶、转氨酶等。
（3）结合1、2的命名：如琥珀酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、磷酸己糖异构酶等。
（4）有时在底物名称前冠以酶的来源或其他特点：如血清谷氨酸－丙酮酸转氨酶、唾液淀粉酶、碱性磷酸酯酶和酸性磷酸酯酶等。
习惯命名法简单，应用历史长，但缺乏系统性，有时出现一酶数名或一名数酶的现象。
2.系统命名法鉴于新酶的不断发展和过去文献中对酶命名的混乱，国际酶学委员会规定了一套系统的命名法，使一种酶只有一种名称。它包括酶的系统命名和4个数字分类的酶编号。
全部底物（：间隔）+反应类型+酶例如对催化下列反应酶的命名：ATP + D-葡萄糖→ ADP + D—葡萄糖-6-磷酸。该酶的正式系统命名是：ATP:葡萄糖磷酸转移酶，表示该酶催化从ATP中转移一个磷酸到葡萄糖分子上的反应。它的分类编号是：E.C.2.7.1.1；E.C代表按国际酶学委员会规定的命名，第1个数字(2)代表酶的分类名称(转移酶类)，第2个数字(7)代表亚类(磷酸转移酶类)，第3个数字(1)代表亚亚类(以羟基作为受体的磷酸转移酶类)，第4个数字(1)代表该酶在亚-亚类中的排号(D葡萄糖作为磷酸基的受体)。
第二节 酶的分子组成和化学结构一、酶的分子组成
（一）根据酶的组成成份，可分单纯酶和结合酶两类。
1,单纯酶(simple enzyme)：是基本组成单位仅为氨基酸的一类酶。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。如消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等。
2,结合酶(conjugated enzyme)：酶的催化活性，除蛋白质部分(酶蛋白apoenzyme)外，还需要非蛋白质的物质，即所谓酶的辅助因子(cofactors)，两者结合成的复合物称作全酶(holoenzyme)。
全酶(结合蛋白质) = 酶蛋白(apoenzyme，蛋白质部分) + 辅助因子(cofactors，非蛋白质部分)
对于结合酶而言，只有全酶才具有催化活性。酶的辅助因子可以是金属离子，也可以是小分子有机化合物。常见酶含有的金属离子有K+、Na+、Mg2+、Cu2+、(或Cu+)、Zn2+和Fe2+(或Fe3+)等。
酶的辅助因子所起的作用：1）是酶活性的组成部分；2）是连接底物和酶分子的桥梁；3）在稳定酶蛋白分子构象方面所必需。小分子有机化合物是些化学稳定的小分子物质，其主要作用是在反应中传递电子、质子或一些基团，常可按其与酶蛋白结合的紧密程度不同分成辅酶和辅基两大类。辅酶(coenzyme)与酶蛋白结合疏松，可以用透析或超滤方法除去；辅基(prosthetic group)与酶蛋白结合紧密，不易用透析或超滤方法除去，辅酶和辅基的差别仅仅是它们与酶蛋白结合的牢固程度不同，而无严格的界限。
现知大多数维生素(特别是B族维生素)是组成许多酶的辅酶或辅基的成分。体内酶的种类很多，而辅酶(基)的种类却较少，通常一种酶蛋白只能与一种辅酶结合，成为一种特异的酶，但一种辅酶往往能与不同的酶蛋白结合构成许多种特异性酶。酶蛋白在酶促反应中主要起识别底物的作用，酶促反应的特异性、高效率以及酶对一些理化因素的不稳定性均决定于酶蛋白部分。
（二）根据酶蛋白分子特点可分单体酶、寡聚酶和多酶复合体三类。
1.单体酶 单体酶(monomeric enzyme)一般由一条肽链组成，如溶菌酶、牛胰核糖核酸酶。单体酶种类较少，一般多是催化水解反应的酶，相对分子量在(13~35)×103之间。
2.寡聚酶 寡聚酶(olimomeric enzyme)是由2个或2个以上亚基组成的酶，这些亚基可以是相同的，也可以是不同的。绝大部分寡聚酶都含有偶数亚基，但个别寡聚酶含奇数亚基，如荧光素酶、嘌呤核苷磷酸化酶就含有3个亚基。亚基之间靠次级键结合，彼此容易分开。寡聚酶的相对分子量一般大于35×103。大多数寡聚酶的聚合形式是活性型，解聚形式是失活型。相当数量的寡聚酶是调节酶，在代谢调控中起重要作用。
3.多酶复合体多酶复合体(multienzyme complex)常包括三个或三个以上的酶，彼此间靠非共价键作用，组成一个有一定构型的复合体。复合体中第一个酶催化的产物，直接由邻近下一个酶催化，第二个酶催化的产物又为复合体第三酶的底物，如此形成一条结构紧密的“流水生产线”。有利于一系列的反应连续进行，显著提高催化效率。相对分子量很高。葡萄糖氧化分解过程的丙酮酸脱氢酶复合体，属于多酶复合体。
二、酶的分子结构和活性中心一）酶的分子结构酶的分子中存在有许多功能基团例如，-NH2、-COOH、-SH、-OH等，但并不是这些基团都与酶活性有关。一般将与酶活性有关的基团称为酶的必需基团(essential group)。有些必需基团虽然在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空间结构的区域，该区域与底物相结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心(active center)。
酶的活性中心往往是若干个在一级结构上相距很远，但在空间结构上彼此靠近的氨基酸残基集中在一起形成具有一定空间结构的区域，该区域与底物相结合并将底物转化为产物，对于结合酶来说，辅酶或辅基往往是活性中心的组成成分。酶的活力中心通常包括两部分：与底物结合的部位称为结合中心，结合中心决定酶的专一性；促进底物发生化学变化的部位称为催化中心，它决定酶所催化反应的性质以及催化的效率。有些酶的结合中心与催化中心是同一部分。
构成酶活性中心的可分为四种：
接触残基（ contact residue）：与底物结合的必需基团称为结合基团(binding group)，促进底物发生化学变化的基团称为催化基团(catalytic group)。活性中心中有的必需基团可同时具有这两方面的功能。还有些必需基团虽然不参加酶的活性中心的组成，但为维持酶活性中心应有的空间构象所必需，这些基团是酶的活性中心以外的必需基团，主要有：
直接与底物接触的基团，它们参与底物的化学转变，是活性中心的主要必需基团。这些基团中有的与底物结合称为结合基团(binding group)，有的催化底物发生化学变化称为催化基团(catalytic group)。活性中心中有的必需基团可同时具有这两方面的功能。还有些必需基团虽然不参加酶的活性中心的组成，但为维持酶活性中心应有的空间构象所必需，这些基团是酶的活性中心以外的必需基团。
辅助残基(auxiliary residue):这种残基既不直接与底物结合，也不催化底物的化学反应，但对接触残基的功能有促进作用。它可促进结合基团对底物的结合，促进催化基团对底物的催化反应。它也是活性中心不可缺少的组成部分。
结构残基（structure residue）：这是活性中心以外的必需基团，它们与酶的活性不发生直接关系，但它们可稳定酶的分子构象，特别是稳定酶活性中心的构象，因而对酶的活性也是不可缺少的基团，只是起间接作用而已。
非贡献残基（noncontribution residue）：酶分子中除上述基团外的其它基团，它们对酶的活性“没有贡献”，也称为非必需基团。这些基团对酶活性的发挥不起作用，它们可以被其他氨基酸残基取代，甚至可以去掉都不会影响酶的催化活力。但这些基团并不是真正意义上的“非必需”基团，它们可能在系统发育的物种专一性方面、免疫方面或者在体内的运输转移、分泌、防止蛋白酶降解的方面起一定作用。如果没有这些基团，酶的寿命、酶在细胞中的分布等方面受到限制。这些基团的存在也可能是该酶迄今未发现的新的活力类型的活力中心。
酶分子很大，其催化作用往往并不需要整个分子，如用氨基肽酶处理木瓜蛋白酶，其肽链自N端开始逐渐缩短，当其原有的180个氨基酸残基被水解掉120个后，剩余的短肽仍有水解蛋白质的活性。又如将核糖核酸酶肽链C末端的三肽切断，余下部分也有酶的活性，足见某些酶的催化活性仅与其分子的一小部分有关。
不同的酶有不同的活性中心，故对底物有严格的特异性。
酶活性中心示意图二） 酶活性中心证明方法
1.切除法对小分子且结构已知的酶多用此法。用专一性的酶切除一段肽链后剩余的肽链仍有活性，说明切除的肽链与活性无关，反之，切除的肽链与活性有关。
2.化学修饰法选用适当的化学试剂与酶蛋白中的氨基酸残基的侧链基团发生反应引起共价结合、氧化或还原等修饰，称之为化学修饰。酶分子中可以修饰的基团有：-SH、-OH、咪唑基、氨基、羧基、胍基等，用作修饰的试剂很多，目前已有七十多种，但专一性的修饰剂不多。
判断方法：某一基团被修饰后，酶的活性显著下降或无活性，可初步判断该基团与酶的活性有关；反之，与酶的活性无关。
缺点,也有可能酶活性部位外的某个氨基酸残基侧链的修饰而影响酶分子的正常空间结构，而导致酶活性的丧失。为排除这种可能，常在底物保护下用同一试剂对酶作用，若不能被修饰，说明该基团确实处于活性部位；反之，底物存在下，该基团可被同一试剂修饰，且使酶失活，在则该基团不是活性部位的基团，而是结构基团。
根据修饰剂是否专一性结合酶的活性中心的特定基团，化学修饰可分为：
（1）、非特异性共价共接修饰：修饰试剂既可与酶的活性部位的某特异基团结合，又可与酶的非活性部位的同一基团结合，称之为非特异性共价共价修饰。
此法适用于所修饰的基团只存在与活性部位，在非活性部位不存在或极少存在。判断标准是一：酶活力的丧失程度与修饰剂的浓度成正比；二：底物或竞争性抑制剂保护下可防止修饰剂的抑制作用。
（2）、特异性的共价修饰：修饰剂专一性地结合于酶的活性部位的特定基团，使酶失活。如：DIFP（二异丙基氟磷酸）可专一性地结合丝氨酸蛋白酶活性部位的丝氨酸—OH而使酶失活。DIFP一般不与蛋白质反应，也不与含丝氨酸的蛋白酶原或变性的酶反应，只与活性的酶且活性部位含丝氨酸的酶结合。
3.亲和标记法：
根据酶与底物能特异性的结合的性质，设计合成一种含反应基团的底物类似物，作为活性部位的标记试剂，它能象底物一样进入酶的活性部位，并以其活泼的化学基团与酶的活性基团的某些特定基团共价结合，使酶失去活性。如胰凝乳蛋白酶最适底物为：N—对甲苯磺酰—L—苯丙氨酰乙酯或甲酯，根据此结构设计的亲和标记试剂为：N—对甲苯磺酰—苯丙氨酰氯甲基酮（TPCK）。
4.X－射线衍射法：把一纯酶的X—射线晶体衍射图谱与酶与底物反应后的X-射线图谱相比较，即可确定酶的活性中心。
5.基因定位突变法如果用同位素标记酶的活性中心后，将酶水解，分离带标记水解片段，对其进行一级结构测定，就可了解酶的活性中心的一级结构。对各种蛋白水解酶进行类似的分析，功能类似的酶在一级结构上有惊人的相似性。
活性部位的一般特点：
①只占酶整个体积的相当小的一部分；②是一个三维实体（立体空间）；③多是裂隙、裂缝或凹穴；④多数底物与酶结合时通过弱的作用力；⑤结合的专一性决定于活性中心的原子基团的正确排列，并且活性中心是柔性的。
三、酶原激活酶以酶原的形式合成和分泌，酶原是没有活性的酶的前体。使无活性的酶原转变成活性酶的过程，称为酶原激活。胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰糜蛋白酶、羧基肽酶、弹性蛋白酶在它们初分泌时都是以无活性的酶原形式存在，在一定条件下才转化成相应的酶。酶原激活的实质是活性部位形成或暴露的过程。
例如，胰蛋白酶原进入小肠后，受肠激酶或胰蛋白酶本身的激活，第6位赖氨酸与第7位异亮氨酸残基之间的肽键被切断，水解掉一个六肽，酶分子空间构象发生改变，产生酶的活性中心，于是胰蛋白酶原变成了有活性的胰蛋白酶。除消化道的蛋白酶外，血液中有关凝血和纤维蛋白溶解的酶类，也都以酶原的形式存在。酶原激活的生理意义在于避免细胞内产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并可使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢的正常进行。
四、重要的酶
（一）同工酶
1.同工酶(isoenzyme)是指催化的化学反应相同，酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。这类酶存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织、甚至同一组织或细胞中。
现已发现有数种同工酶。如6-磷酸葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、酸性和碱性磷酸酶、谷丙转氨酶和谷草转氨酸、肌酸磷酸激酶、核糖核酸酶、过氧化酶和胆碱酯酶等。其中糖酵解过程中的关键酶之一乳酸脱氢酶最为熟悉，乳酸脱氢酶(LDH)有五种同工酶，它们的分子量在130000～150000范围内，都由四个亚基组成。LDH的亚基可以分为两型（由2种不同的结构基因编码成的2种蛋白质亚基），即：骨骼肌型(M型)和心肌型(H型)。M、H亚基的氨基酸组成有差别，可用电泳分离。其免疫抗体无交叉反应。两种亚基以不同比例组成五种四聚体即为一组LDH同工酶LDH5(M4)、LDH4(M3H),LDH3(M2H2)、LDH2(M H3)和LDH1(H4)。电泳时都移向正极，其速度以LDH1为最快，依次递减，以LDH5为最慢。若用12M尿素或5M盐酸胍溶液处理，M亚基和H亚基可以分开，但此时LDH无酶的活性，其结构示意如下：
同工酶的生物学功能：
同工酶是研究代谢调节、分子遗传、生物进化、个体发育、细胞分化和癌变的有力工具。在酶学、生物学和医学中均占有重要地位。
2,变构酶与变构调节有些酶除了活性中心外，还有一个或几个部位，当特异性分子非共价结合到这些部位时，可改变酶的构象，进而改变酶的活性，酶的这种调节作用称为变构调节(allosteric regulation)，受变构调节的酶称变构酶(allosteric enzyme)，也称为别构酶，这些特异性分子称为效应剂(effector)。变构酶分子组成，一般是多亚基的，分子中凡与底物分子相结合的部位称为催化部位(catalytic site)，凡与效应剂相结合的部位称为调节部位(regulatory site)，这二部位可以在不同的亚基上，或者位于同一亚基。
变构酶多为寡聚酶，含的亚基数一般为偶数；且分子中有催化部位（结合底物）与调节部位（结合变构剂），这两部位可以在不同的亚基上，或者在同一亚基的两个不同部位。
（1）作用机理/特点
1),一般变构酶分子上有二个以上的底物结合位点。当底物与一个亚基上的活性中心结合后，通过构象的改变，可增强其他亚基的活性中心与底物的结合，出现正协同效应(positive cooperative effect)。使其底物浓度曲线呈S形。即底物浓度低时，酶活性的增加较慢，底物浓度高到一定程度后，酶活性显著加强，最终达到最大值Vmax。
多数情况下，底物对其变构酶的作用都表现正协同效应，但有时一个底物与一个亚基的活性中心结合后，可降低其他亚基的活性中心与底物的结合，表现负协同效应(negative cooperative effect)。如3-磷酸甘油醛脱氢酶对NAD+的结合为负协同效应。
2）、正协同效应的变构酶其速度—底物浓度曲线呈S形，即底物浓度较低时，酶活性的增加缓慢，底物浓度高到一定程度后，酶活性显著加强，最终达到最大值Vmax。如大肠杆菌的天冬氨酸转甲酰基酶（ATCase）对底物天冬氨酸的结合表现为正协同效应；负协同效应的变构酶其速度—底物浓度曲线为类似双曲线，底物浓度较低时，酶表现出较大活性，但底物浓度明显增加时，其反应速度无明显变化。如3-磷酸甘油醛脱氢酶对NAD+的结合为负协同效应，其意义在于无论细胞内酶的底物浓度如何变化，酶始终能以一个较恒定的速度进行以满足细胞的基本需要。
3）、变构酶除活性中心外，存在着能与变构剂作用的亚基或部位，称调节亚基(或部位)，变构剂与调节亚基以非共价键特异结合，可以改变调节亚基的构象，进而改变催化亚基的构象，从而改变酶活性。凡使酶活性增强的变构剂称变构激活剂(allosteric activitor)，它能使上述S型曲线左移，饱和量的变构激活剂可将S形曲线转变为矩形双曲线。凡使酶活性减弱的变构剂称变构抑制剂(allosteric inhibitor)，能使S形曲线右移。例如，ATP是磷酸果糖激酶的变构抑制剂，而ADP、AMP为其变构激活剂。
4）、由于变构酶动力学不符合米－曼氏酶的动力学，所以当反应速度达到最大速度一半时的底物的浓度，不能用Km表示，而代之以K0.5S表示。
（2） 变构酶除活性中心外，存在着能与效应剂作用的亚基或部位，称调节亚基(或部位)，效应剂与调节亚基以非共价键特异结合，可以改变调节亚基的构象，进而改变催化亚基的构象，从而改变酶活性。凡使酶活性增强的效应剂称变构激活剂(allosteric activitor)，它能使上述S型曲线左移。凡使酶活性减弱的效应剂称变构抑制剂(allosteric inhibitor)，能使S形曲线右移。例如，ATP是磷酸果糖激酶的变构抑制剂，而ADP、AMP为其变构激活剂。
（3）变构酶生理意义
1) 在变构酶的S形曲线中段，底物浓度稍有降低，酶的活性明显下降，多酶体系催化的代谢通路可因此而被关闭；反之，底物浓度稍有升高，则酶活性迅速上升，代谢通路又被打开，因此可以快速调节细胞内底物浓度和代谢速度。2) 变构抑制剂常是代谢通路的终产物，变构酶常处于代谢通路的开端，通过反馈抑制，可以及早地调节整个代谢通路，减少不必要的底物消耗。例如葡萄糖的氧化分解可提供能量使AMP、ADP转变成ATP，当ATP过多时，通过变构调节酶的活性，可限制葡萄糖的分解，而ADP、AMP增多时，则可促进糖的分解。随时调节ATP/ADP的水平，可以维持细胞内能量的正常供应。
3,共价调节酶
1、概念：
也称共价修饰酶，指一类可在其它酶的作用下其结构通过共价修饰，使该酶活性发生改变，这种调节称为共价修饰调节(covalent modification regulation)，这类酶称为共价修饰酶(prosessing enzyme)。
一些酶的巯基发生可逆的氧化还原修饰，一些酶以共价键与磷酸、腺苷等基团的可逆结合，都会引起酶结构的变化而呈现不同的活性。酶的共价修饰是体内代谢调节的另一重要的方式。
2、特点：
共价修饰酶通常有活性与非活性两种形式，两种形式之间转换的正、逆反应是由不同的酶催化产生。如骨骼肌中的糖原磷酸化酶有高活性的磷酸化形式与低活性的脱磷酸化形式两种，从脱磷酸化形式转化成磷酸化形式是由磷酸化酶b激酶催化，反之，则是有由磷酸化酶磷酸酶催化.
目前已发现有几百种酶被翻译后都需要进行共价修饰，其中一部分处于分支途径，对其代谢流量起调节作用的关键酶，属于这种酶促共价修饰系统。由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能源，机制多样，在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联放大反应，所以日益引人注目。六、修饰酶 体内有些酶可在其他酶的作用下，将酶的结构进行共价修饰，使该酶活性发生改变，这种调节称为共价修饰调节(covalent modification regulation)，这类酶称为修饰酶(prosessing enzyme)。例如某些酶的巯基发生可逆的氧化还原，一些酶以共价键与磷酸、腺苷等基团的可逆结合，都会引起酶结构的变化而呈现不同的活性。酶的共价修饰是体内代谢调节的另一重要的方式。
第三节 酶作用的专一性一、酶对底物的专一性通常分为以下几种：
分为结构专一性（绝对专一性、相对专一性）和立体异构专一性。
(1)、绝对专一性（absolute specifictity)酶只作用于一种底物产生一定的反应，称为绝对专一性，如脲酶(urease)只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。只作用于一种底物
(2)、相对专一性(relative specificity)一种酶可作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的专一性称为相对专一性。如脂肪酶(lipase)不仅水解脂肪，也能水解简单的酯类；磷酸酶(phosphatase)对一般的磷酸酯都有作用，无论是甘油的还是一元醇或酚的磷酸酯均可被其水解，但对酯键两侧的基团要求不严格。作用底物不止一种。又可分为：键的专一性和基团专一性。
(3)、立体异构专一性(stereopecificity)酶对底物的立体构型的特异要求，底物应具有特定的立体结构才能被催化，称为立体异构专一性或特异性。又可分为旋光异构和几何异构。如α-淀粉酶(α-amylase)只能水解淀粉中α-1,4-糖苷键，不能水解纤维素中的β-1,4-糖苷键；L-乳酸脱氢酶(L-lacticacid dehydrogenase)的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。酶的立体异构特异性表明，酶与底物的结合，至少存在三个结合点。
光学专一性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一种，而对另一种不起作用。
几何专一性是指立体异构中的顺式和反式，a-、b-构型。
二、酶的专一性的解释
（一）锁与钥匙学说：
锁与钥匙学说示意图
（二）诱导契合理论
诱导契合理论示意图
（三）、结构性质互补假说该学说认为酶同底物结合的专一性，与底物结构和酶的活性中心的空间结构相关，二者的结构是互补的。如果底物是解离的，则酶的活性中心的空间结构必然带相反的电荷才能很好结合。而且底物同酶活性中心的极性也必然相同。
第四节 酶的作用机制一、酶促反应的本质在任何化学反应中，反应物分子必须超过一定的能阈，成为活化的状态，才能发生变化，形成产物。这种提高低能分子达到活化状态的能量，称为活化能。催化剂的作用，主要是降低反应所需的活化能，以致相同的能量能使更多的分子活化，从而加速反应的进行。
一、酶作用在于降低反应活化能酶能显著地降低活化能，故能表现为高度的催化效率（如下图）。
二、中间复合物学说目前一般认为，酶催化某一反应时，首先在酶的活性中心与底物结合生成酶－底物复合物，此复合物再进行分解而释放出酶，同时生成一种或数种产物，此过程可用下式表示：
上式中E代表酶，S代表底物，ES代表酶与底物形成复合物（中间产物)，P代表反应产物。由于ES的形成速度很快，且很不稳定，一般不易得到ES复合物存在的直接证据。但从溶菌酶结构的研究中，已制成它与底物形成复合物的结晶，并得到了X线衍射图，证明了ES复合物的存在（如下图）。ES的形成，改变了原来反应的途径，可使底物的活化能大大降低，从而使反应加速。
酶对于它所作用的底物有着严格的选择，它只能催化一定结构或者一些结构近似的化合物，使这些化合物发生生物化学反应。有的科学家提出，酶和底物结合时，底物的结构和酶的活动中心的结构十分吻合，就好像一把钥匙配一把锁一样。酶的这种互补形状，使酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物，这就是“锁和钥匙学说”。科学家们后来发现，当底物与酶结合时，酶分子上的某些基团常常发生明显的变化。另外，酶常常能够催化同一个生化反应中正逆两个方向的反应。因此，“锁和钥匙学说”把酶的结构看成是固定不变的，这是不符合实际的。于是，有的科学家又提出，酶并不是事先就以一种与底物互补的形状存在，而是在受到诱导之后才形成互补的形状。这种方式如同一只手伸进手套之后，才诱导手套的形状发生变化一样。底物一旦结合上去，就能诱导酶蛋白的构像发生相应的变化，从而使酶和底物契合而形成酶-底物络合物，这就是“诱导契合学说”。后来,科学家们对羧肽酶等进行了X射线衍射研究，研究的结果有力地支持了这个学说。
三、酶作用高效率的机理
1.趋近效应(approximation)和定向效应(orientation)
酶可以将它的底物结合在它的活性部位。由于化学反应速度与反应物浓度成正比，若在反应系统的某一局部区域，底物浓度增高，则反应速度也随之提高，此外，酶与底物间的靠近具有一定的取向，这样反应物分子才被作用，大大增加了ES复合物进入活化状态的机率。
2.张力作用(distortion or strain)
底物的结合可诱导酶分子构象发生变化，比底物大得多的酶分子的三、四级结构的变化，也可对底物产生张力作用，使底物形变和扭曲，促进ES进入活性状态。
3.酸碱催化作用(acid-base catalysis)
酶的活性中心具有某些氨基酸残基的R基团，这些基团往往是良好的质子供体或受体，在水溶液中这些广义的酸性基团或广义的碱性基团对许多化学反应是有力的催化剂。
4.共价催化作用(covalent catalysis)
某些酶能与底物形成极不稳定的、共价结合的ES复合物，这些复合物比无酶存在时更容易进行化学反应。
5.活性部位的微环境的影响第五节 酶促反应的动力学酶促反应动力学(kinetics of enzyme-catalyzed reactions)是研究酶促反应速度及其影响因素的科学。这些因素主要包括酶的浓度、底物的浓度、pH、温度、抑制剂和激活剂等。在研究某一因素对酶促反应速度的影响时，应该维持反应中其它因素不变，而只改变要研究的因素。但必须注意，酶促反应动力学中所指明的速度是反应的初速度，因为此时反应速度与酶的浓度呈正比关系，这样避免了反应产物以及其他因素的影响。
酶促反应动力学的研究有助于阐明酶的结构与功能的关系，也可为酶作用机理的研究提供数据；有助于寻找最有利的反应条件，以最大限度地发挥酶催化反应的高效率；有助于了解酶在代谢中的作用或某些药物作用的机理等，因此对它的研究具有重要的理论意义和实践意义。
一、酶浓度对反应速度的影响在一定的温度和pH条件下，当底物浓度大大超过酶的浓度时，酶的浓度与反应速度呈正比关系。
二、底物浓度对反应速度影响在酶的浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度影响的作用呈现矩形双曲线(rectangular hyperbola)。
在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急骤加快，两者呈正比关系，表现为一级反应。随着底物浓度的升高，反应速度不再呈正比例加快，反应速度增加的幅度不断下降。如果继续加大底物浓度，反应速度不再增加，表现为0级反应。此时，无论底物浓度增加多大，反应速度也不再增加，说明酶已被底物所饱和。所有的酶都有饱和现象，只是达到饱和时所需底物浓度各不相同而已。
(一) 米曼氏方程式解释酶促反应中底物浓度和反应速度关系的最合理学说是中间产物学说。酶首先与底物结合生成酶与底物复合物（中间产物)，此复合物再分解为产物和游离的酶。
Michaelis和Menten在前人工作的基础上，经过大量的实验，1913年前后提出了反应速度和底物浓度关系的数学方程式，即著名的米氏方程（michaelis menten equation）。
Vmax指该酶促反应的最大速度，[S]为底物浓度，Km是米氏常数，V是在某一底物浓度时相应的反应速度。当底物浓度很低时，[S]<<Km，则V≌Vmax/Km[S]，反应速度与底物浓度呈正比；当底物浓度很高时，[S]>>Km，此时V≌Vmax，反应速度达最大速度，底物浓度再增高也不影响反应速度（如上图）。
(二) 米－曼氏方程式的推导米－曼氏方程式提出后又经riggs和Haldane的充实和发展，经补充和发展的米－曼氏方程工推导如下：
式中K1、K2、K3、K4分别为各向反应的速度常数。
从式(1)中知，ES的生成途径来自E+S和E+P，但其中E+P生成ES的速度极小(尤其在起始阶段，P的生成很少)，可以忽略不计，又因为底物浓度大大超过酶的浓度，[S]>>[E]，中间产物ES中的S浓度可以忽略不计，因此，ES的生成速度为：
d[ES]/dt ＝K1([Et]-[ES])·[S] (2)
其中［Et］-［ES］为游离酶的浓度，ES的分解速度为：
- [ES]/dt = K2[ES]+K3[ES]=(K2+K3)[ES] (3)
当反应体系处于稳态时，ES生成和分解的速度相等，即：
K1(［Et］-［ES］)·[S]=(K2+K3)［ES］
(K2+K3)/K1 =([Et]-[ES])/[ES]·[S]
令K2+K3／K1=Km 则 Km=(［Et］-［ES］)／［ES］·[S]
［ES］=[Et][S]/Km+[S] (4)
由于反应速度取决于产物P的生成量，故V=K3［ES］ (5)
在酶促反应达最大速度时，所有的酶分子都已与底物结合形成中间产物，此时
［Et］=［ES］ (6)那么 Vmax=K3［Et］ (7)
在(4)式两边乘以K3得：
K3·［ES］=K3·［Et］[S]／Km+[S] 以(5)和(7)式代入，即：V=Vmax[S]／Km+[S]
(三) 米氏常数的意义当反应速度为最大速度一半时，米氏方程可以变换如下：
1/2Vmax=Vmax[S]／Km+[S]
进一步整理可得到,Km=[S]
可知，Km值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物浓度。
1.Km值是酶的特征性常数，只与酶的性质，酶所催化的底物和酶促反应条件(如温度、pH、有无抑制剂等)有关，与酶的浓度无关。酶的种类不同，Km值不同，同一种酶与不同底物作用时，Km值也不同。各种酶的Km值范围很广，大致在10-1～10-6M之间。
2,Km可以判断酶的专一性和天然产物。
当K3不远远小于K2和K1时，Km表示整个反应的化学平衡的常数。
3,因为Km=K2+K3／K1，当K2>>K3，即ES解离成E和S的速度大大超过分离成E和P的速度时，K3可以忽略不计，此时Km值近似于ES解离常数KS，此时Km值可用来表示酶对底物的亲和力。
Km=K2/K1=[E][S]/［ES］=KS
Km值愈大，酶与底物的亲和力愈小；Km值愈小，酶与底物亲和力愈大。酶与底物亲和力大，表示不需要很高的底物浓度，便可容易地达到最大反应速度。但是KS值并非在所有酶促反应中都远小于K2，所以Ks值(又称酶促反应的底物常数)和Km值的涵义不同，不能互相代替使用。
4.已知某酶的Km值，就可以计算出在某一底物浓度时，其反应速率相当于Vmax的百分率。
如：当[S]=3Km时，则v=Vmax?3Km/(Km+3Km)=0.75Vmax
5.Km可以推断某一代谢反应的方向和途径。
(四) Km和Vmax的求法
1.双倒数作图(double reciprocal plot or Lineweaver Burk plot)
将米氏方程两边取倒数，可转化为下列形式：
1／V=Km／Vmax·1／[S]+1／Vmax
从下图可知，1/V对1/[S]的作图得一直线，其斜率是Km/V，在纵轴上的截距为1/Vmax,横轴上的截距为-1/Km。此作图除用来求Km和Vmax值外，在研究酶的抑制作用方面还有重要价值。
Eadie-Hofstee 作图法
2,Eadie-Hofstee 作图法
将米氏方程经移项整理后可写成VKm+V[S]=Vm[S]
V[S]=Vm[S]-VKm 故V=Vm-KmV／[S]
以V为纵坐标对V／[S]横坐标作图，所得直线，其纵轴的截距为Vmax，斜率为Km（如右上图）。
必须指出米氏方程只适用于较为简单的酶作用过程，对于比较复杂的酶促反应过程，如多酶体系、多底物、多产物、多中间物等，还不能全面地籍此概括和说明，必须借助于复杂的计算过程。
三、pH对反应速度的影响酶反应介质的pH可影响酶分子，特别是活性中心上必需基团的解离程度和催化基团中质子供体或质子受体所需的离子化状态，也可影响底物和辅酶的解离程度，从而影响酶与底物的结合。只有在特定的pH条件下，酶、底物和辅酶的解离情况，最适宜于它们互相结合，并发生催化作用，使酶促反应速度达最大值，这种pH值称为酶的最适pH(optimum pH)。它和酶的最稳定pH不一定相同，和体内环境的pH也未必相同。
动物体内多数酶的最适pH值接近中性，但也有例外，胃蛋白酶和葡萄糖-6-磷酸酶的pH活性曲线（见下图）。
最适pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液的种类和浓度以及酶的纯度等因素的影响。
溶液的pH值高于和低于最适pH时都会使酶的活性降低，远离最适pH值时甚至导致酶的变性失活。测定酶的活性时，应选用适宜的缓冲液，以保持酶活性的相对恒定。
四、温度对反应速度的影响化学反应的速度随温度增高而加快。但酶是蛋白质，可随温度的升高而变性。在温度较低时，前一影响较大，反应速度随温度升高而加快，一般地说，温度每升高10℃，反应速度大约增加一倍。但温度超过一定数值后，酶受热变性的因素占优势，反应速度反而随温度上升而减缓，形成倒V形或倒U形曲线。在此曲线顶点所代表的温度，反应速度最大，称为酶的最适温度(optimum temperature)(如下图)。
从动物组织提取的酶，其最适温度多在35℃～40℃之间，温度升高到60℃以上时，大多数酶开始变性，80℃以上，多数酶的变性不可逆。酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不破坏酶。温度回升后，酶又恢复活性。临床上低温麻醉就是利用酶的这一性质以减慢组织细胞代谢速度，提高机体对氧和营养物质缺乏的耐受体，有利于进行手术治疗。
酶的最适温度不是酶的特征性常数，这是因为它与反应所需时间有关，不是一个固定的值。酶可以在短时间内耐受较高的温度，相反，延长反应时间，最适温度便降低。
五、抑制剂对反应速度的影响凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称做酶的抑制剂(inhibitor)。使酶变性失活(称为酶的钝化)的因素如强酸、强碱等，不属于抑制剂。通常抑制作用分为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。
(一) 不可逆的抑制作用(irreversible inhibition)
不可逆的抑制作用的抑制剂，通常以共价键方式与酶的必需基团进行不可逆结合而使酶丧失活性，按其作用特点，又有专一性及非专一性之分。
1.非专一性不可逆抑制
抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用，不论是必需基团与否，皆可共价结合，由于其中必需基团也被抑制剂结合，从而导致酶的失活。某些重金属(Pb2+、Cu2+、Hg2+)及对氯汞苯甲酸等，能与酶分子的巯基进行不可逆适合，许多以巯基作为必需基团的酶(通称巯基酶)，会因此而遭受抑制，属于此种类型。用二巯基丙醇(british anti lewisite,BAL)或二巯基丁二酸钠等含巯基的化合物可使酶复活。
2.专一性不可逆抑制
此属抑制剂专一地作用于酶的活性中心或其必需基团，进行共价结合，从而抑制酶的活性。有机磷杀虫剂能专一作用于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸残基，使其磷酰化而不可逆抑制酶的活性。当胆碱酯酶被有机磷杀虫剂抑制后，胆碱能神经末稍分泌的乙酰胆碱不能及时分解，过多的乙酰胆碱会导致胆碱能神经过度兴奋的症状。解磷定等药物可与有机磷杀虫剂结合，使酶和有机磷杀虫剂分离而复活。
(二) 可逆性抑制(reversible inhibition)
抑制剂与酶以非共价键结合，在用透析等物理方法除去抑制剂后，酶的活性能恢复，即抑制剂与酶的结合是可逆的。这类抑制剂大致可分为以下二类：
1.竞争性抑制(competitive inhibition)
(1)含义和反应式
抑制剂I和底物S对游离酶E的结合有竞争作用，互相排斥，已结合底物的ES复合体，不能再结合I。同样已结合抑制剂的EI复合体，不能再结合S（如下图）。
抑制剂I在化学结构上与底物S个相似，能与底物S竞争酶E分子活性中心的结合基团，因此，抑制作用大小取决于抑制剂与底物的浓度比，加大底物浓度，可使抑制作用减弱。
例如，丙二酸、苹果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸的结构相似，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。
(2)反应速度公式及作图按米氏公式推导方法，也可演算出竞争性抑制时，抑制剂、底物和反应速度之间的动力学关系及其双倒数方程式为：
以1/[S]和1/V分别为横坐标和纵坐标作图，此方程式可绘成竞争性抑制作用的特性曲线（如下图）：
有竞争性抑制剂存在的曲线与无抑制剂的曲线相交于纵坐标1/Vmax处，但横坐标的截距，因竞争性抑制存在变小，说明该抑制作用，并不影响酶促反应的最大速度，而使Km值变大。
很多药物都是酶的竞争性抑制剂。例如磺胺药与对氨基苯甲酸具有类似的结构，而对氨基苯甲酸、二氢喋呤及谷氨酸是某些细菌合成二氢叶酸的原料，后者能转变为四氢叶酸，它是细菌合成核酸不可缺少的辅酶。由于磺胺药是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，进而减少菌体内四氢叶酸的合成，使核酸合成障碍，导致细菌死亡。抗菌增效剂-甲氧苄氨嘧啶(TMP)能特异地抑制细菌的二氢叶酸还原为四氢叶酸，故能增强磺胺药的作用。
磺胺药物的抑菌作用
2.非竞争性抑制(non-competitive inhibition)
(1)含义和反应式
抑制剂I和底物S与酶E的结合完全互不相关，既不排斥，也不促进结合，抑制剂I可以和酶E结合生成EI，也可以和ES复合物结合生成ESI。底物S和酶E结合成ES后，仍可与I结合生成ESI，但一旦形成ESI复合物，再不能释放形成产物P（如下图）。
I和S在结构上一般无相似之处，I常与酶分子上结合基团以外的化学基团结合，这种结合并不影响底物和酶的结合，增加底物浓度并不能减少I对酶的抑制程度。
(2)反应速度公式及作图
按米氏公式推导方法可演算出非竞争性抑制时，抑制剂、底物浓度和反应速度之间动力学关系：
以1/[S]和1/V分别为横坐标和纵坐标作图，此方程式可绘成非竞争性抑制作用的特性曲线（如上右图）。
有非竞争性抑制剂存在的曲线与无抑制剂存在的曲线相交于横坐标－1/Km处，纵坐标截距，因非竞争性抑制剂的存在而变大，说明该抑制作用，并不影响底物与酶的亲和力，而使酶促最大反应速度变小。
如赖氨酸是精氨酸酶的竞争性抑制剂，而中性氨基酸(如丙氨酸)则是非竞争性抑制剂。
总上所述，酶的竞争性和非竞争性抑制可通过双倒数作图加以区别。Vmax不因竞争性抑制剂的存在而改变，Km则不因非竞争性抑制剂的存在而改变。
表：抑制类型及其特征的比较类 型
公 式
Vmax
Km
无抑制剂（正常）
V = Vmax·[S]/(Km+[S])
Vmax
Km
竞争性抑制剂
V = Vmax·[S]/[Km(1+[I]/Ki)+[S]]
不变
增加
非竞争性抑制剂
V= Vmax·[S]/[(Km+[S])(1+[I]/Ki)]
减小
不变
反竞争性抑制剂
V =Vmax·[S]/[Km+(1+[I]/Ki )[S])
减小
减小
六、激活剂对酶促反应速度的影响能使酶活性提高的物质，都称为激活剂(activator)，其中大部分是离子或简单的有机化合物。如Mg2+是多种激酶和合成酶的激活剂，动物唾液中的α-淀粉酶则受Cl-的激活。
通常，酶对激活剂有一定的选择性，且有一定的浓度要求，一种酶的激活剂对另一种酶来说可能是抑制剂，当激活剂的浓度超过一定的范围时，它就成为抑制剂。
第六节 酶的分离提纯及活力测定一.酶的分离提纯
(一)酶在细胞中的分布胞外酶：水解酶类，易收集，不必破碎细胞，缓冲液或水浸泡细胞或发酵液离心得到上清液即为含酶液。
胞内酶：除水解酶类外的其它酶类，需破碎细胞，不同的酶分布部位不同，最好先将酶存在的细胞器分离后再破碎该细胞器，然后将酶用适当的缓冲溶液或水抽提。
(二)分离材料动植物原料或微生物的发酵液。微生物发酵液是用于分离酶的最常用材料，因为微生物种类多，繁殖快，培养时间短，含酶丰富。由微生物发酵产生的酶或其它生物组织中的酶因含有大量的其它物质，所以必须经过分离、提纯、结晶等阶段才可做实际应用。
对于某种酶的具体制备方案，应通过了解酶的来源、性质及纯度需要来确定，无固定的方案。
（三）原则在增加酶得率和纯度的同时，尽可能避免高温、过酸、过碱、剧烈的震荡及其它可能使酶丧失活力的一切操作过程。尽最大可能保存酶的活力。
（四）分离提纯
1.酶的抽提：将酶溶解出来就称为抽提。
胞外酶：固体培养的菌体加水或适当缓冲溶液浸泡过滤即可。液体培养的菌体将发酵液离心分离除去菌体收集离心液即可。
胞内酶：先破碎细胞，再用水或适当的缓冲溶液抽提。
2.酶的纯化纯化的关键是维持酶的活性，因为随着酶的逐渐提纯，一些天然的可保持酶活力的其它成分逐渐减少，酶的稳定性变差，所以整个纯化过程应维持低温。
（1）酶的沉淀方法：与蛋白质的沉淀方法相同，常用
A．盐析法：常用硫酸铵盐析，有分段盐析和一次性盐析两种方法。
B．有机溶剂沉淀法：用乙醇、丙酮等。应低温操作，溶剂少量分批加入。
（2）酶的纯化方法有吸附层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析等方法。
3.酶的结晶纯化以后的酶液再次沉淀，仍采用沉淀法。
4.酶的保存：一般在-20℃以下低温保存。
二.酶活力的测定定性鉴定提取物中某一酶是否存在，一般是根据此酶引起的化学反应来判断，如检验在提取物中是否存在淀粉酶。则用提取物与淀粉反应，一段时间以后，用碘-碘化钾与反应液反应，若变蓝，说明提取物无淀粉酶活力；反之，提取物有淀粉酶的活力。
酶活力的测定：实际上是酶定量测定的方法，酶制剂因含杂质多易失活等原因，故不能用称重或测量体积来定量。
（一）酶活力的概念：指酶催化特定化学反应的能力。其大小通常用在一定条件下酶催化某一特定化学反应的速度来表示。一定量的酶制剂催化某一化学反应速度快，活力大；反之，活力小。速度表示法常用-dS/dt或dP/dt，测初速度，多用后者。因为反应初期底物过量，底物的减少量不容易测定，而产物从无到有，易测定。
（二）酶的活力单位：1961年国际生化协会酶学委员会统一规定，酶的国际单位（IU）规定为：在最适反应条件（温度25℃）下，每分钟内催化1微摩尔（μmol）底物转化为产物所需的酶量（或1分钟内转化底物生成1微摩尔产物的酶量）称为1标准单位。
测定条件：最佳的反应条件，如最适的Tm（或25℃）、pH、[S],[E]、初速度下。
酶活力单位是U或IU，1972年国际生化协会又推荐一种新单位，即Katal(Kat)单位：在最适温度下，每秒钟能催化1摩尔底物转化为称为所需要的酶量定义为1 Kat。1 Kat=60×106 IU。
(三)酶的比活力：每单位酶蛋白所含的活力单位数。对固体酶：用活力单位(U)/毫克酶蛋白(mg)；对液体酶：用活力单位/毫升酶液来表示。很明显，比活力越大，酶的活力越大。
（四）、酶活力的测定方法
1、分光光度法：产物与适当的化学试剂生成有色物质或产物有紫外吸收的能力可采用此法。μmol·L-1。
2、测压法：产物中有气体，测气压增加量。nmol·L-1。
3、滴定法：产物中有酸生成，用碱滴定。pmol·L-1。
4、荧光法：产物中有荧光物质生成或产物与荧光试剂反应生成荧光产物可用此法。
5、旋光法：产物中有旋光物质可采用此法。
除了以上方法外，还可根据产物的性质采用其它方法。
酶的转换数 Kcat = Vmax / [Et]
酶的制备酶的应用生物科学研究用于特殊研究 如信号传导中PKC活性、功能分析基因工程融合蛋白裂解，重组DNA中各种酶应用。
蛋白质结构与功能研究。
酶与疾病的关系—发病机制研究。
基因治疗基础研究中相关酶编码基因认识。
临床医学中的应用:辅助诊断、观察愈后、治疗。
固定酶用物理、化学等方法将水溶性的酶固定到特定的载体上使之成为水不溶性的酶称之为固定酶或固相酶。
核酶具有催化活性的酶性RNA称为核酶。
1981-1982年Thomas R.Cech实验室在研究四膜虫(Tetrahymena thermophiea)的rRNA前体加工成熟时发现第一个有催化活力的天然rRNA，起名“ribozyme”（核酶）。随后，S.Altman 和N.R.Pace以及 T.R.Cech几个实验室又陆续发现了真正RNA催化剂。其中L19 RNA和核糖核酸酶P的RNA组分具有酶活性是两个典型的例子。L19是四膜虫rRNA前体自我剪接释放的内含子，在自身两次环化、开环反应中丢失了19个核苷酸形成的，故名L19RNA。L19RNA有催化寡聚核苷酸底物进行切割和连接反应，具有核糖核酸酶和RNA聚合酶的活性。它具有使底物分子加速反应且反应终了本身不被消耗仍具有催化活性的一般催化剂具有的特性。它对底物还具有专一性，作用C5比U5水解时快得多，对A5和G5无催化活性；此外，它还符合一般酶的米氏动力学规律,并被dC5竞争性抑制。综上所述，L19是一个真正的酶。
核酶的发现意义重大，它不仅打破了酶是蛋白质的传统观念，而且还大大促进了有关生物起源，生物进化等问题的进一步探讨。
酶是生物催化剂(biological catalyst)，具有两方面的特性，既有与一般催化剂相同的催化性质，又具有一般催化剂所没有的生物大分子的特征。
酶与一般催化剂一样，只能催化热力学允许的化学反应，缩短达到化学平衡的时间，而不改变平衡点。酶作为催化剂在化学反应的前后没有质和量的改变。微量的酶就能发挥较大的催化作用。酶和一般催化剂的作用机理都是降低反应的活化能(activation energy)。因为酶是蛋白质，所以酶促反应又固有其特性：
1.高度的催化效率（高效性）
一般而论，酶促反应速度比非催化反应高107-1020倍。
2.高度的专一性（专一性）
一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，并生成一定的产物，这种现象称为酶的特异性或专一性(specificity)。受酶催化的化合物称为该酶的底物或作用物(substrate)。
3.酶活性的可调节性（可调节性）
酶是生物体的组成成份，和体内其他物质一样，不断在体内新陈代谢，酶的催化活性也受多方面的调控。例如，酶的生物合成的诱导和阻遏、酶的化学修饰、抑制物的调节作用、代谢物对酶的反馈调节、酶的别构调节以及神经体液因素的调节等，这些调控保证酶在体内新陈代谢中发挥其恰如其分的催化作用，使生命活动中的种种化学反应都能够有条不紊、协调一致地进行。
4.酶活性的不稳定性（不稳定性）
酶是蛋白质，酶促反应要求一定的PH、温度等温和的条件。强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线、剧烈震荡等任何使蛋白质变性的理化因素都可能使酶变性而失去其催化活性。
二、酶的分类和命名
（一）酶的分类国际酶学委员会(I.E.C)规定，按酶促反应的性质，可把酶分成六大类：
1.氧化还原酶类(oxido-reductases)：指催化底物进行氧化还原反应的酶类。例如，乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等。
2.转移酶类(transferases)：指催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类。如转甲基酶、转氨酸、己糖激酶、磷酸化酶等。
3.水解酶类(hydrolases)：指催化底物发生水解反应的酶类。例如、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶等。
4.裂解酶类(lyases)：指催化一个底物分解为两个化合物或两个化合物合成为一个化合物的酶类。例如柠檬酸合成酶、醛缩酶等。
5.异构酶类(isomerases)：指催化各种同分异构体之间相互转化的酶类。如，磷酸丙糖异构酶、消旋酶等。
6,连接酶类 (合成酶类，ligases)：指催化两分子底物合成为一分子化合物，同时还必须偶联有ATP的磷酸键断裂的酶类。例如，谷氨酰胺合成酶、氨基酸：tRNA连接酶等。
（二）酶的命名
1.习惯命名法
（1）一般采用底物而命名：如蛋白水解酶等；对水解酶类，只要底物名称即可，如蔗糖酶、胆硷酯酶、蛋白酶等。
（2）依据其催化反应的性质来命名：如水解酶、转氨酶等。
（3）结合1、2的命名：如琥珀酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、磷酸己糖异构酶等。
（4）有时在底物名称前冠以酶的来源或其他特点：如血清谷氨酸－丙酮酸转氨酶、唾液淀粉酶、碱性磷酸酯酶和酸性磷酸酯酶等。
习惯命名法简单，应用历史长，但缺乏系统性，有时出现一酶数名或一名数酶的现象。
2.系统命名法鉴于新酶的不断发展和过去文献中对酶命名的混乱，国际酶学委员会规定了一套系统的命名法，使一种酶只有一种名称。它包括酶的系统命名和4个数字分类的酶编号。
全部底物（：间隔）+反应类型+酶例如对催化下列反应酶的命名：ATP + D-葡萄糖→ ADP + D—葡萄糖-6-磷酸。该酶的正式系统命名是：ATP:葡萄糖磷酸转移酶，表示该酶催化从ATP中转移一个磷酸到葡萄糖分子上的反应。它的分类编号是：E.C.2.7.1.1；E.C代表按国际酶学委员会规定的命名，第1个数字(2)代表酶的分类名称(转移酶类)，第2个数字(7)代表亚类(磷酸转移酶类)，第3个数字(1)代表亚亚类(以羟基作为受体的磷酸转移酶类)，第4个数字(1)代表该酶在亚-亚类中的排号(D葡萄糖作为磷酸基的受体)。
第二节 酶的分子组成和化学结构一、酶的分子组成
（一）根据酶的组成成份，可分单纯酶和结合酶两类。
1,单纯酶(simple enzyme)：是基本组成单位仅为氨基酸的一类酶。它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。如消化道蛋白酶、淀粉酶、酯酶、核糖核酸酶等。
2,结合酶(conjugated enzyme)：酶的催化活性，除蛋白质部分(酶蛋白apoenzyme)外，还需要非蛋白质的物质，即所谓酶的辅助因子(cofactors)，两者结合成的复合物称作全酶(holoenzyme)。
全酶(结合蛋白质) = 酶蛋白(apoenzyme，蛋白质部分) + 辅助因子(cofactors，非蛋白质部分)
对于结合酶而言，只有全酶才具有催化活性。酶的辅助因子可以是金属离子，也可以是小分子有机化合物。常见酶含有的金属离子有K+、Na+、Mg2+、Cu2+、(或Cu+)、Zn2+和Fe2+(或Fe3+)等。
酶的辅助因子所起的作用：1）是酶活性的组成部分；2）是连接底物和酶分子的桥梁；3）在稳定酶蛋白分子构象方面所必需。小分子有机化合物是些化学稳定的小分子物质，其主要作用是在反应中传递电子、质子或一些基团，常可按其与酶蛋白结合的紧密程度不同分成辅酶和辅基两大类。辅酶(coenzyme)与酶蛋白结合疏松，可以用透析或超滤方法除去；辅基(prosthetic group)与酶蛋白结合紧密，不易用透析或超滤方法除去，辅酶和辅基的差别仅仅是它们与酶蛋白结合的牢固程度不同，而无严格的界限。
现知大多数维生素(特别是B族维生素)是组成许多酶的辅酶或辅基的成分。体内酶的种类很多，而辅酶(基)的种类却较少，通常一种酶蛋白只能与一种辅酶结合，成为一种特异的酶，但一种辅酶往往能与不同的酶蛋白结合构成许多种特异性酶。酶蛋白在酶促反应中主要起识别底物的作用，酶促反应的特异性、高效率以及酶对一些理化因素的不稳定性均决定于酶蛋白部分。
（二）根据酶蛋白分子特点可分单体酶、寡聚酶和多酶复合体三类。
1.单体酶 单体酶(monomeric enzyme)一般由一条肽链组成，如溶菌酶、牛胰核糖核酸酶。单体酶种类较少，一般多是催化水解反应的酶，相对分子量在(13~35)×103之间。
2.寡聚酶 寡聚酶(olimomeric enzyme)是由2个或2个以上亚基组成的酶，这些亚基可以是相同的，也可以是不同的。绝大部分寡聚酶都含有偶数亚基，但个别寡聚酶含奇数亚基，如荧光素酶、嘌呤核苷磷酸化酶就含有3个亚基。亚基之间靠次级键结合，彼此容易分开。寡聚酶的相对分子量一般大于35×103。大多数寡聚酶的聚合形式是活性型，解聚形式是失活型。相当数量的寡聚酶是调节酶，在代谢调控中起重要作用。
3.多酶复合体多酶复合体(multienzyme complex)常包括三个或三个以上的酶，彼此间靠非共价键作用，组成一个有一定构型的复合体。复合体中第一个酶催化的产物，直接由邻近下一个酶催化，第二个酶催化的产物又为复合体第三酶的底物，如此形成一条结构紧密的“流水生产线”。有利于一系列的反应连续进行，显著提高催化效率。相对分子量很高。葡萄糖氧化分解过程的丙酮酸脱氢酶复合体，属于多酶复合体。
二、酶的分子结构和活性中心一）酶的分子结构酶的分子中存在有许多功能基团例如，-NH2、-COOH、-SH、-OH等，但并不是这些基团都与酶活性有关。一般将与酶活性有关的基团称为酶的必需基团(essential group)。有些必需基团虽然在一级结构上可能相距很远，但在空间结构上彼此靠近，集中在一起形成具有一定空间结构的区域，该区域与底物相结合并将底物转化为产物，这一区域称为酶的活性中心(active center)。
酶的活性中心往往是若干个在一级结构上相距很远，但在空间结构上彼此靠近的氨基酸残基集中在一起形成具有一定空间结构的区域，该区域与底物相结合并将底物转化为产物，对于结合酶来说，辅酶或辅基往往是活性中心的组成成分。酶的活力中心通常包括两部分：与底物结合的部位称为结合中心，结合中心决定酶的专一性；促进底物发生化学变化的部位称为催化中心，它决定酶所催化反应的性质以及催化的效率。有些酶的结合中心与催化中心是同一部分。
构成酶活性中心的可分为四种：
接触残基（ contact residue）：与底物结合的必需基团称为结合基团(binding group)，促进底物发生化学变化的基团称为催化基团(catalytic group)。活性中心中有的必需基团可同时具有这两方面的功能。还有些必需基团虽然不参加酶的活性中心的组成，但为维持酶活性中心应有的空间构象所必需，这些基团是酶的活性中心以外的必需基团，主要有：
直接与底物接触的基团，它们参与底物的化学转变，是活性中心的主要必需基团。这些基团中有的与底物结合称为结合基团(binding group)，有的催化底物发生化学变化称为催化基团(catalytic group)。活性中心中有的必需基团可同时具有这两方面的功能。还有些必需基团虽然不参加酶的活性中心的组成，但为维持酶活性中心应有的空间构象所必需，这些基团是酶的活性中心以外的必需基团。
辅助残基(auxiliary residue):这种残基既不直接与底物结合，也不催化底物的化学反应，但对接触残基的功能有促进作用。它可促进结合基团对底物的结合，促进催化基团对底物的催化反应。它也是活性中心不可缺少的组成部分。
结构残基（structure residue）：这是活性中心以外的必需基团，它们与酶的活性不发生直接关系，但它们可稳定酶的分子构象，特别是稳定酶活性中心的构象，因而对酶的活性也是不可缺少的基团，只是起间接作用而已。
非贡献残基（noncontribution residue）：酶分子中除上述基团外的其它基团，它们对酶的活性“没有贡献”，也称为非必需基团。这些基团对酶活性的发挥不起作用，它们可以被其他氨基酸残基取代，甚至可以去掉都不会影响酶的催化活力。但这些基团并不是真正意义上的“非必需”基团，它们可能在系统发育的物种专一性方面、免疫方面或者在体内的运输转移、分泌、防止蛋白酶降解的方面起一定作用。如果没有这些基团，酶的寿命、酶在细胞中的分布等方面受到限制。这些基团的存在也可能是该酶迄今未发现的新的活力类型的活力中心。
酶分子很大，其催化作用往往并不需要整个分子，如用氨基肽酶处理木瓜蛋白酶，其肽链自N端开始逐渐缩短，当其原有的180个氨基酸残基被水解掉120个后，剩余的短肽仍有水解蛋白质的活性。又如将核糖核酸酶肽链C末端的三肽切断，余下部分也有酶的活性，足见某些酶的催化活性仅与其分子的一小部分有关。
不同的酶有不同的活性中心，故对底物有严格的特异性。
酶活性中心示意图二） 酶活性中心证明方法
1.切除法对小分子且结构已知的酶多用此法。用专一性的酶切除一段肽链后剩余的肽链仍有活性，说明切除的肽链与活性无关，反之，切除的肽链与活性有关。
2.化学修饰法选用适当的化学试剂与酶蛋白中的氨基酸残基的侧链基团发生反应引起共价结合、氧化或还原等修饰，称之为化学修饰。酶分子中可以修饰的基团有：-SH、-OH、咪唑基、氨基、羧基、胍基等，用作修饰的试剂很多，目前已有七十多种，但专一性的修饰剂不多。
判断方法：某一基团被修饰后，酶的活性显著下降或无活性，可初步判断该基团与酶的活性有关；反之，与酶的活性无关。
缺点,也有可能酶活性部位外的某个氨基酸残基侧链的修饰而影响酶分子的正常空间结构，而导致酶活性的丧失。为排除这种可能，常在底物保护下用同一试剂对酶作用，若不能被修饰，说明该基团确实处于活性部位；反之，底物存在下，该基团可被同一试剂修饰，且使酶失活，在则该基团不是活性部位的基团，而是结构基团。
根据修饰剂是否专一性结合酶的活性中心的特定基团，化学修饰可分为：
（1）、非特异性共价共接修饰：修饰试剂既可与酶的活性部位的某特异基团结合，又可与酶的非活性部位的同一基团结合，称之为非特异性共价共价修饰。
此法适用于所修饰的基团只存在与活性部位，在非活性部位不存在或极少存在。判断标准是一：酶活力的丧失程度与修饰剂的浓度成正比；二：底物或竞争性抑制剂保护下可防止修饰剂的抑制作用。
（2）、特异性的共价修饰：修饰剂专一性地结合于酶的活性部位的特定基团，使酶失活。如：DIFP（二异丙基氟磷酸）可专一性地结合丝氨酸蛋白酶活性部位的丝氨酸—OH而使酶失活。DIFP一般不与蛋白质反应，也不与含丝氨酸的蛋白酶原或变性的酶反应，只与活性的酶且活性部位含丝氨酸的酶结合。
3.亲和标记法：
根据酶与底物能特异性的结合的性质，设计合成一种含反应基团的底物类似物，作为活性部位的标记试剂，它能象底物一样进入酶的活性部位，并以其活泼的化学基团与酶的活性基团的某些特定基团共价结合，使酶失去活性。如胰凝乳蛋白酶最适底物为：N—对甲苯磺酰—L—苯丙氨酰乙酯或甲酯，根据此结构设计的亲和标记试剂为：N—对甲苯磺酰—苯丙氨酰氯甲基酮（TPCK）。
4.X－射线衍射法：把一纯酶的X—射线晶体衍射图谱与酶与底物反应后的X-射线图谱相比较，即可确定酶的活性中心。
5.基因定位突变法如果用同位素标记酶的活性中心后，将酶水解，分离带标记水解片段，对其进行一级结构测定，就可了解酶的活性中心的一级结构。对各种蛋白水解酶进行类似的分析，功能类似的酶在一级结构上有惊人的相似性。
活性部位的一般特点：
①只占酶整个体积的相当小的一部分；②是一个三维实体（立体空间）；③多是裂隙、裂缝或凹穴；④多数底物与酶结合时通过弱的作用力；⑤结合的专一性决定于活性中心的原子基团的正确排列，并且活性中心是柔性的。
三、酶原激活酶以酶原的形式合成和分泌，酶原是没有活性的酶的前体。使无活性的酶原转变成活性酶的过程，称为酶原激活。胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰糜蛋白酶、羧基肽酶、弹性蛋白酶在它们初分泌时都是以无活性的酶原形式存在，在一定条件下才转化成相应的酶。酶原激活的实质是活性部位形成或暴露的过程。
例如，胰蛋白酶原进入小肠后，受肠激酶或胰蛋白酶本身的激活，第6位赖氨酸与第7位异亮氨酸残基之间的肽键被切断，水解掉一个六肽，酶分子空间构象发生改变，产生酶的活性中心，于是胰蛋白酶原变成了有活性的胰蛋白酶。除消化道的蛋白酶外，血液中有关凝血和纤维蛋白溶解的酶类，也都以酶原的形式存在。酶原激活的生理意义在于避免细胞内产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，并可使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢的正常进行。
四、重要的酶
（一）同工酶
1.同工酶(isoenzyme)是指催化的化学反应相同，酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。这类酶存在于生物的同一种属或同一个体的不同组织、甚至同一组织或细胞中。
现已发现有数种同工酶。如6-磷酸葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、酸性和碱性磷酸酶、谷丙转氨酶和谷草转氨酸、肌酸磷酸激酶、核糖核酸酶、过氧化酶和胆碱酯酶等。其中糖酵解过程中的关键酶之一乳酸脱氢酶最为熟悉，乳酸脱氢酶(LDH)有五种同工酶，它们的分子量在130000～150000范围内，都由四个亚基组成。LDH的亚基可以分为两型（由2种不同的结构基因编码成的2种蛋白质亚基），即：骨骼肌型(M型)和心肌型(H型)。M、H亚基的氨基酸组成有差别，可用电泳分离。其免疫抗体无交叉反应。两种亚基以不同比例组成五种四聚体即为一组LDH同工酶LDH5(M4)、LDH4(M3H),LDH3(M2H2)、LDH2(M H3)和LDH1(H4)。电泳时都移向正极，其速度以LDH1为最快，依次递减，以LDH5为最慢。若用12M尿素或5M盐酸胍溶液处理，M亚基和H亚基可以分开，但此时LDH无酶的活性，其结构示意如下：
同工酶的生物学功能：
同工酶是研究代谢调节、分子遗传、生物进化、个体发育、细胞分化和癌变的有力工具。在酶学、生物学和医学中均占有重要地位。
2,变构酶与变构调节有些酶除了活性中心外，还有一个或几个部位，当特异性分子非共价结合到这些部位时，可改变酶的构象，进而改变酶的活性，酶的这种调节作用称为变构调节(allosteric regulation)，受变构调节的酶称变构酶(allosteric enzyme)，也称为别构酶，这些特异性分子称为效应剂(effector)。变构酶分子组成，一般是多亚基的，分子中凡与底物分子相结合的部位称为催化部位(catalytic site)，凡与效应剂相结合的部位称为调节部位(regulatory site)，这二部位可以在不同的亚基上，或者位于同一亚基。
变构酶多为寡聚酶，含的亚基数一般为偶数；且分子中有催化部位（结合底物）与调节部位（结合变构剂），这两部位可以在不同的亚基上，或者在同一亚基的两个不同部位。
（1）作用机理/特点
1),一般变构酶分子上有二个以上的底物结合位点。当底物与一个亚基上的活性中心结合后，通过构象的改变，可增强其他亚基的活性中心与底物的结合，出现正协同效应(positive cooperative effect)。使其底物浓度曲线呈S形。即底物浓度低时，酶活性的增加较慢，底物浓度高到一定程度后，酶活性显著加强，最终达到最大值Vmax。
多数情况下，底物对其变构酶的作用都表现正协同效应，但有时一个底物与一个亚基的活性中心结合后，可降低其他亚基的活性中心与底物的结合，表现负协同效应(negative cooperative effect)。如3-磷酸甘油醛脱氢酶对NAD+的结合为负协同效应。
2）、正协同效应的变构酶其速度—底物浓度曲线呈S形，即底物浓度较低时，酶活性的增加缓慢，底物浓度高到一定程度后，酶活性显著加强，最终达到最大值Vmax。如大肠杆菌的天冬氨酸转甲酰基酶（ATCase）对底物天冬氨酸的结合表现为正协同效应；负协同效应的变构酶其速度—底物浓度曲线为类似双曲线，底物浓度较低时，酶表现出较大活性，但底物浓度明显增加时，其反应速度无明显变化。如3-磷酸甘油醛脱氢酶对NAD+的结合为负协同效应，其意义在于无论细胞内酶的底物浓度如何变化，酶始终能以一个较恒定的速度进行以满足细胞的基本需要。
3）、变构酶除活性中心外，存在着能与变构剂作用的亚基或部位，称调节亚基(或部位)，变构剂与调节亚基以非共价键特异结合，可以改变调节亚基的构象，进而改变催化亚基的构象，从而改变酶活性。凡使酶活性增强的变构剂称变构激活剂(allosteric activitor)，它能使上述S型曲线左移，饱和量的变构激活剂可将S形曲线转变为矩形双曲线。凡使酶活性减弱的变构剂称变构抑制剂(allosteric inhibitor)，能使S形曲线右移。例如，ATP是磷酸果糖激酶的变构抑制剂，而ADP、AMP为其变构激活剂。
4）、由于变构酶动力学不符合米－曼氏酶的动力学，所以当反应速度达到最大速度一半时的底物的浓度，不能用Km表示，而代之以K0.5S表示。
（2） 变构酶除活性中心外，存在着能与效应剂作用的亚基或部位，称调节亚基(或部位)，效应剂与调节亚基以非共价键特异结合，可以改变调节亚基的构象，进而改变催化亚基的构象，从而改变酶活性。凡使酶活性增强的效应剂称变构激活剂(allosteric activitor)，它能使上述S型曲线左移。凡使酶活性减弱的效应剂称变构抑制剂(allosteric inhibitor)，能使S形曲线右移。例如，ATP是磷酸果糖激酶的变构抑制剂，而ADP、AMP为其变构激活剂。
（3）变构酶生理意义
1) 在变构酶的S形曲线中段，底物浓度稍有降低，酶的活性明显下降，多酶体系催化的代谢通路可因此而被关闭；反之，底物浓度稍有升高，则酶活性迅速上升，代谢通路又被打开，因此可以快速调节细胞内底物浓度和代谢速度。2) 变构抑制剂常是代谢通路的终产物，变构酶常处于代谢通路的开端，通过反馈抑制，可以及早地调节整个代谢通路，减少不必要的底物消耗。例如葡萄糖的氧化分解可提供能量使AMP、ADP转变成ATP，当ATP过多时，通过变构调节酶的活性，可限制葡萄糖的分解，而ADP、AMP增多时，则可促进糖的分解。随时调节ATP/ADP的水平，可以维持细胞内能量的正常供应。
3,共价调节酶
1、概念：
也称共价修饰酶，指一类可在其它酶的作用下其结构通过共价修饰，使该酶活性发生改变，这种调节称为共价修饰调节(covalent modification regulation)，这类酶称为共价修饰酶(prosessing enzyme)。
一些酶的巯基发生可逆的氧化还原修饰，一些酶以共价键与磷酸、腺苷等基团的可逆结合，都会引起酶结构的变化而呈现不同的活性。酶的共价修饰是体内代谢调节的另一重要的方式。
2、特点：
共价修饰酶通常有活性与非活性两种形式，两种形式之间转换的正、逆反应是由不同的酶催化产生。如骨骼肌中的糖原磷酸化酶有高活性的磷酸化形式与低活性的脱磷酸化形式两种，从脱磷酸化形式转化成磷酸化形式是由磷酸化酶b激酶催化，反之，则是有由磷酸化酶磷酸酶催化.
目前已发现有几百种酶被翻译后都需要进行共价修饰，其中一部分处于分支途径，对其代谢流量起调节作用的关键酶，属于这种酶促共价修饰系统。由于这种调节的生理意义广泛，反应灵敏，节约能源，机制多样，在体内显得十分灵活，加之它们常受激素甚至神经的指令，导致级联放大反应，所以日益引人注目。六、修饰酶 体内有些酶可在其他酶的作用下，将酶的结构进行共价修饰，使该酶活性发生改变，这种调节称为共价修饰调节(covalent modification regulation)，这类酶称为修饰酶(prosessing enzyme)。例如某些酶的巯基发生可逆的氧化还原，一些酶以共价键与磷酸、腺苷等基团的可逆结合，都会引起酶结构的变化而呈现不同的活性。酶的共价修饰是体内代谢调节的另一重要的方式。
第三节 酶作用的专一性一、酶对底物的专一性通常分为以下几种：
分为结构专一性（绝对专一性、相对专一性）和立体异构专一性。
(1)、绝对专一性（absolute specifictity)酶只作用于一种底物产生一定的反应，称为绝对专一性，如脲酶(urease)只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。只作用于一种底物
(2)、相对专一性(relative specificity)一种酶可作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的专一性称为相对专一性。如脂肪酶(lipase)不仅水解脂肪，也能水解简单的酯类；磷酸酶(phosphatase)对一般的磷酸酯都有作用，无论是甘油的还是一元醇或酚的磷酸酯均可被其水解，但对酯键两侧的基团要求不严格。作用底物不止一种。又可分为：键的专一性和基团专一性。
(3)、立体异构专一性(stereopecificity)酶对底物的立体构型的特异要求，底物应具有特定的立体结构才能被催化，称为立体异构专一性或特异性。又可分为旋光异构和几何异构。如α-淀粉酶(α-amylase)只能水解淀粉中α-1,4-糖苷键，不能水解纤维素中的β-1,4-糖苷键；L-乳酸脱氢酶(L-lacticacid dehydrogenase)的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。酶的立体异构特异性表明，酶与底物的结合，至少存在三个结合点。
光学专一性是指一种酶只能催化一对镜像异构体中的一种，而对另一种不起作用。
几何专一性是指立体异构中的顺式和反式，a-、b-构型。
二、酶的专一性的解释
（一）锁与钥匙学说：
锁与钥匙学说示意图
（二）诱导契合理论
诱导契合理论示意图
（三）、结构性质互补假说该学说认为酶同底物结合的专一性，与底物结构和酶的活性中心的空间结构相关，二者的结构是互补的。如果底物是解离的，则酶的活性中心的空间结构必然带相反的电荷才能很好结合。而且底物同酶活性中心的极性也必然相同。
第四节 酶的作用机制一、酶促反应的本质在任何化学反应中，反应物分子必须超过一定的能阈，成为活化的状态，才能发生变化，形成产物。这种提高低能分子达到活化状态的能量，称为活化能。催化剂的作用，主要是降低反应所需的活化能，以致相同的能量能使更多的分子活化，从而加速反应的进行。
一、酶作用在于降低反应活化能酶能显著地降低活化能，故能表现为高度的催化效率（如下图）。
二、中间复合物学说目前一般认为，酶催化某一反应时，首先在酶的活性中心与底物结合生成酶－底物复合物，此复合物再进行分解而释放出酶，同时生成一种或数种产物，此过程可用下式表示：
上式中E代表酶，S代表底物，ES代表酶与底物形成复合物（中间产物)，P代表反应产物。由于ES的形成速度很快，且很不稳定，一般不易得到ES复合物存在的直接证据。但从溶菌酶结构的研究中，已制成它与底物形成复合物的结晶，并得到了X线衍射图，证明了ES复合物的存在（如下图）。ES的形成，改变了原来反应的途径，可使底物的活化能大大降低，从而使反应加速。
酶对于它所作用的底物有着严格的选择，它只能催化一定结构或者一些结构近似的化合物，使这些化合物发生生物化学反应。有的科学家提出，酶和底物结合时，底物的结构和酶的活动中心的结构十分吻合，就好像一把钥匙配一把锁一样。酶的这种互补形状，使酶只能与对应的化合物契合，从而排斥了那些形状、大小不适合的化合物，这就是“锁和钥匙学说”。科学家们后来发现，当底物与酶结合时，酶分子上的某些基团常常发生明显的变化。另外，酶常常能够催化同一个生化反应中正逆两个方向的反应。因此，“锁和钥匙学说”把酶的结构看成是固定不变的，这是不符合实际的。于是，有的科学家又提出，酶并不是事先就以一种与底物互补的形状存在，而是在受到诱导之后才形成互补的形状。这种方式如同一只手伸进手套之后，才诱导手套的形状发生变化一样。底物一旦结合上去，就能诱导酶蛋白的构像发生相应的变化，从而使酶和底物契合而形成酶-底物络合物，这就是“诱导契合学说”。后来,科学家们对羧肽酶等进行了X射线衍射研究，研究的结果有力地支持了这个学说。
三、酶作用高效率的机理
1.趋近效应(approximation)和定向效应(orientation)
酶可以将它的底物结合在它的活性部位。由于化学反应速度与反应物浓度成正比，若在反应系统的某一局部区域，底物浓度增高，则反应速度也随之提高，此外，酶与底物间的靠近具有一定的取向，这样反应物分子才被作用，大大增加了ES复合物进入活化状态的机率。
2.张力作用(distortion or strain)
底物的结合可诱导酶分子构象发生变化，比底物大得多的酶分子的三、四级结构的变化，也可对底物产生张力作用，使底物形变和扭曲，促进ES进入活性状态。
3.酸碱催化作用(acid-base catalysis)
酶的活性中心具有某些氨基酸残基的R基团，这些基团往往是良好的质子供体或受体，在水溶液中这些广义的酸性基团或广义的碱性基团对许多化学反应是有力的催化剂。
4.共价催化作用(covalent catalysis)
某些酶能与底物形成极不稳定的、共价结合的ES复合物，这些复合物比无酶存在时更容易进行化学反应。
5.活性部位的微环境的影响第五节 酶促反应的动力学酶促反应动力学(kinetics of enzyme-catalyzed reactions)是研究酶促反应速度及其影响因素的科学。这些因素主要包括酶的浓度、底物的浓度、pH、温度、抑制剂和激活剂等。在研究某一因素对酶促反应速度的影响时，应该维持反应中其它因素不变，而只改变要研究的因素。但必须注意，酶促反应动力学中所指明的速度是反应的初速度，因为此时反应速度与酶的浓度呈正比关系，这样避免了反应产物以及其他因素的影响。
酶促反应动力学的研究有助于阐明酶的结构与功能的关系，也可为酶作用机理的研究提供数据；有助于寻找最有利的反应条件，以最大限度地发挥酶催化反应的高效率；有助于了解酶在代谢中的作用或某些药物作用的机理等，因此对它的研究具有重要的理论意义和实践意义。
一、酶浓度对反应速度的影响在一定的温度和pH条件下，当底物浓度大大超过酶的浓度时，酶的浓度与反应速度呈正比关系。
二、底物浓度对反应速度影响在酶的浓度不变的情况下，底物浓度对反应速度影响的作用呈现矩形双曲线(rectangular hyperbola)。
在底物浓度很低时，反应速度随底物浓度的增加而急骤加快，两者呈正比关系，表现为一级反应。随着底物浓度的升高，反应速度不再呈正比例加快，反应速度增加的幅度不断下降。如果继续加大底物浓度，反应速度不再增加，表现为0级反应。此时，无论底物浓度增加多大，反应速度也不再增加，说明酶已被底物所饱和。所有的酶都有饱和现象，只是达到饱和时所需底物浓度各不相同而已。
(一) 米曼氏方程式解释酶促反应中底物浓度和反应速度关系的最合理学说是中间产物学说。酶首先与底物结合生成酶与底物复合物（中间产物)，此复合物再分解为产物和游离的酶。
Michaelis和Menten在前人工作的基础上，经过大量的实验，1913年前后提出了反应速度和底物浓度关系的数学方程式，即著名的米氏方程（michaelis menten equation）。
Vmax指该酶促反应的最大速度，[S]为底物浓度，Km是米氏常数，V是在某一底物浓度时相应的反应速度。当底物浓度很低时，[S]<<Km，则V≌Vmax/Km[S]，反应速度与底物浓度呈正比；当底物浓度很高时，[S]>>Km，此时V≌Vmax，反应速度达最大速度，底物浓度再增高也不影响反应速度（如上图）。
(二) 米－曼氏方程式的推导米－曼氏方程式提出后又经riggs和Haldane的充实和发展，经补充和发展的米－曼氏方程工推导如下：
式中K1、K2、K3、K4分别为各向反应的速度常数。
从式(1)中知，ES的生成途径来自E+S和E+P，但其中E+P生成ES的速度极小(尤其在起始阶段，P的生成很少)，可以忽略不计，又因为底物浓度大大超过酶的浓度，[S]>>[E]，中间产物ES中的S浓度可以忽略不计，因此，ES的生成速度为：
d[ES]/dt ＝K1([Et]-[ES])·[S] (2)
其中［Et］-［ES］为游离酶的浓度，ES的分解速度为：
- [ES]/dt = K2[ES]+K3[ES]=(K2+K3)[ES] (3)
当反应体系处于稳态时，ES生成和分解的速度相等，即：
K1(［Et］-［ES］)·[S]=(K2+K3)［ES］
(K2+K3)/K1 =([Et]-[ES])/[ES]·[S]
令K2+K3／K1=Km 则 Km=(［Et］-［ES］)／［ES］·[S]
［ES］=[Et][S]/Km+[S] (4)
由于反应速度取决于产物P的生成量，故V=K3［ES］ (5)
在酶促反应达最大速度时，所有的酶分子都已与底物结合形成中间产物，此时
［Et］=［ES］ (6)那么 Vmax=K3［Et］ (7)
在(4)式两边乘以K3得：
K3·［ES］=K3·［Et］[S]／Km+[S] 以(5)和(7)式代入，即：V=Vmax[S]／Km+[S]
(三) 米氏常数的意义当反应速度为最大速度一半时，米氏方程可以变换如下：
1/2Vmax=Vmax[S]／Km+[S]
进一步整理可得到,Km=[S]
可知，Km值等于酶反应速度为最大速度一半时的底物浓度。
1.Km值是酶的特征性常数，只与酶的性质，酶所催化的底物和酶促反应条件(如温度、pH、有无抑制剂等)有关，与酶的浓度无关。酶的种类不同，Km值不同，同一种酶与不同底物作用时，Km值也不同。各种酶的Km值范围很广，大致在10-1～10-6M之间。
2,Km可以判断酶的专一性和天然产物。
当K3不远远小于K2和K1时，Km表示整个反应的化学平衡的常数。
3,因为Km=K2+K3／K1，当K2>>K3，即ES解离成E和S的速度大大超过分离成E和P的速度时，K3可以忽略不计，此时Km值近似于ES解离常数KS，此时Km值可用来表示酶对底物的亲和力。
Km=K2/K1=[E][S]/［ES］=KS
Km值愈大，酶与底物的亲和力愈小；Km值愈小，酶与底物亲和力愈大。酶与底物亲和力大，表示不需要很高的底物浓度，便可容易地达到最大反应速度。但是KS值并非在所有酶促反应中都远小于K2，所以Ks值(又称酶促反应的底物常数)和Km值的涵义不同，不能互相代替使用。
4.已知某酶的Km值，就可以计算出在某一底物浓度时，其反应速率相当于Vmax的百分率。
如：当[S]=3Km时，则v=Vmax?3Km/(Km+3Km)=0.75Vmax
5.Km可以推断某一代谢反应的方向和途径。
(四) Km和Vmax的求法
1.双倒数作图(double reciprocal plot or Lineweaver Burk plot)
将米氏方程两边取倒数，可转化为下列形式：
1／V=Km／Vmax·1／[S]+1／Vmax
从下图可知，1/V对1/[S]的作图得一直线，其斜率是Km/V，在纵轴上的截距为1/Vmax,横轴上的截距为-1/Km。此作图除用来求Km和Vmax值外，在研究酶的抑制作用方面还有重要价值。
Eadie-Hofstee 作图法
2,Eadie-Hofstee 作图法
将米氏方程经移项整理后可写成VKm+V[S]=Vm[S]
V[S]=Vm[S]-VKm 故V=Vm-KmV／[S]
以V为纵坐标对V／[S]横坐标作图，所得直线，其纵轴的截距为Vmax，斜率为Km（如右上图）。
必须指出米氏方程只适用于较为简单的酶作用过程，对于比较复杂的酶促反应过程，如多酶体系、多底物、多产物、多中间物等，还不能全面地籍此概括和说明，必须借助于复杂的计算过程。
三、pH对反应速度的影响酶反应介质的pH可影响酶分子，特别是活性中心上必需基团的解离程度和催化基团中质子供体或质子受体所需的离子化状态，也可影响底物和辅酶的解离程度，从而影响酶与底物的结合。只有在特定的pH条件下，酶、底物和辅酶的解离情况，最适宜于它们互相结合，并发生催化作用，使酶促反应速度达最大值，这种pH值称为酶的最适pH(optimum pH)。它和酶的最稳定pH不一定相同，和体内环境的pH也未必相同。
动物体内多数酶的最适pH值接近中性，但也有例外，胃蛋白酶和葡萄糖-6-磷酸酶的pH活性曲线（见下图）。
最适pH不是酶的特征性常数，它受底物浓度、缓冲液的种类和浓度以及酶的纯度等因素的影响。
溶液的pH值高于和低于最适pH时都会使酶的活性降低，远离最适pH值时甚至导致酶的变性失活。测定酶的活性时，应选用适宜的缓冲液，以保持酶活性的相对恒定。
四、温度对反应速度的影响化学反应的速度随温度增高而加快。但酶是蛋白质，可随温度的升高而变性。在温度较低时，前一影响较大，反应速度随温度升高而加快，一般地说，温度每升高10℃，反应速度大约增加一倍。但温度超过一定数值后，酶受热变性的因素占优势，反应速度反而随温度上升而减缓，形成倒V形或倒U形曲线。在此曲线顶点所代表的温度，反应速度最大，称为酶的最适温度(optimum temperature)(如下图)。
从动物组织提取的酶，其最适温度多在35℃～40℃之间，温度升高到60℃以上时，大多数酶开始变性，80℃以上，多数酶的变性不可逆。酶的活性虽然随温度的下降而降低，但低温一般不破坏酶。温度回升后，酶又恢复活性。临床上低温麻醉就是利用酶的这一性质以减慢组织细胞代谢速度，提高机体对氧和营养物质缺乏的耐受体，有利于进行手术治疗。
酶的最适温度不是酶的特征性常数，这是因为它与反应所需时间有关，不是一个固定的值。酶可以在短时间内耐受较高的温度，相反，延长反应时间，最适温度便降低。
五、抑制剂对反应速度的影响凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称做酶的抑制剂(inhibitor)。使酶变性失活(称为酶的钝化)的因素如强酸、强碱等，不属于抑制剂。通常抑制作用分为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。
(一) 不可逆的抑制作用(irreversible inhibition)
不可逆的抑制作用的抑制剂，通常以共价键方式与酶的必需基团进行不可逆结合而使酶丧失活性，按其作用特点，又有专一性及非专一性之分。
1.非专一性不可逆抑制
抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用，不论是必需基团与否，皆可共价结合，由于其中必需基团也被抑制剂结合，从而导致酶的失活。某些重金属(Pb2+、Cu2+、Hg2+)及对氯汞苯甲酸等，能与酶分子的巯基进行不可逆适合，许多以巯基作为必需基团的酶(通称巯基酶)，会因此而遭受抑制，属于此种类型。用二巯基丙醇(british anti lewisite,BAL)或二巯基丁二酸钠等含巯基的化合物可使酶复活。
2.专一性不可逆抑制
此属抑制剂专一地作用于酶的活性中心或其必需基团，进行共价结合，从而抑制酶的活性。有机磷杀虫剂能专一作用于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸残基，使其磷酰化而不可逆抑制酶的活性。当胆碱酯酶被有机磷杀虫剂抑制后，胆碱能神经末稍分泌的乙酰胆碱不能及时分解，过多的乙酰胆碱会导致胆碱能神经过度兴奋的症状。解磷定等药物可与有机磷杀虫剂结合，使酶和有机磷杀虫剂分离而复活。
(二) 可逆性抑制(reversible inhibition)
抑制剂与酶以非共价键结合，在用透析等物理方法除去抑制剂后，酶的活性能恢复，即抑制剂与酶的结合是可逆的。这类抑制剂大致可分为以下二类：
1.竞争性抑制(competitive inhibition)
(1)含义和反应式
抑制剂I和底物S对游离酶E的结合有竞争作用，互相排斥，已结合底物的ES复合体，不能再结合I。同样已结合抑制剂的EI复合体，不能再结合S（如下图）。
抑制剂I在化学结构上与底物S个相似，能与底物S竞争酶E分子活性中心的结合基团，因此，抑制作用大小取决于抑制剂与底物的浓度比，加大底物浓度，可使抑制作用减弱。
例如，丙二酸、苹果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸的结构相似，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。
(2)反应速度公式及作图按米氏公式推导方法，也可演算出竞争性抑制时，抑制剂、底物和反应速度之间的动力学关系及其双倒数方程式为：
以1/[S]和1/V分别为横坐标和纵坐标作图，此方程式可绘成竞争性抑制作用的特性曲线（如下图）：
有竞争性抑制剂存在的曲线与无抑制剂的曲线相交于纵坐标1/Vmax处，但横坐标的截距，因竞争性抑制存在变小，说明该抑制作用，并不影响酶促反应的最大速度，而使Km值变大。
很多药物都是酶的竞争性抑制剂。例如磺胺药与对氨基苯甲酸具有类似的结构，而对氨基苯甲酸、二氢喋呤及谷氨酸是某些细菌合成二氢叶酸的原料，后者能转变为四氢叶酸，它是细菌合成核酸不可缺少的辅酶。由于磺胺药是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，进而减少菌体内四氢叶酸的合成，使核酸合成障碍，导致细菌死亡。抗菌增效剂-甲氧苄氨嘧啶(TMP)能特异地抑制细菌的二氢叶酸还原为四氢叶酸，故能增强磺胺药的作用。
磺胺药物的抑菌作用
2.非竞争性抑制(non-competitive inhibition)
(1)含义和反应式
抑制剂I和底物S与酶E的结合完全互不相关，既不排斥，也不促进结合，抑制剂I可以和酶E结合生成EI，也可以和ES复合物结合生成ESI。底物S和酶E结合成ES后，仍可与I结合生成ESI，但一旦形成ESI复合物，再不能释放形成产物P（如下图）。
I和S在结构上一般无相似之处，I常与酶分子上结合基团以外的化学基团结合，这种结合并不影响底物和酶的结合，增加底物浓度并不能减少I对酶的抑制程度。
(2)反应速度公式及作图
按米氏公式推导方法可演算出非竞争性抑制时，抑制剂、底物浓度和反应速度之间动力学关系：
以1/[S]和1/V分别为横坐标和纵坐标作图，此方程式可绘成非竞争性抑制作用的特性曲线（如上右图）。
有非竞争性抑制剂存在的曲线与无抑制剂存在的曲线相交于横坐标－1/Km处，纵坐标截距，因非竞争性抑制剂的存在而变大，说明该抑制作用，并不影响底物与酶的亲和力，而使酶促最大反应速度变小。
如赖氨酸是精氨酸酶的竞争性抑制剂，而中性氨基酸(如丙氨酸)则是非竞争性抑制剂。
总上所述，酶的竞争性和非竞争性抑制可通过双倒数作图加以区别。Vmax不因竞争性抑制剂的存在而改变，Km则不因非竞争性抑制剂的存在而改变。
表：抑制类型及其特征的比较类 型
公 式
Vmax
Km
无抑制剂（正常）
V = Vmax·[S]/(Km+[S])
Vmax
Km
竞争性抑制剂
V = Vmax·[S]/[Km(1+[I]/Ki)+[S]]
不变
增加
非竞争性抑制剂
V= Vmax·[S]/[(Km+[S])(1+[I]/Ki)]
减小
不变
反竞争性抑制剂
V =Vmax·[S]/[Km+(1+[I]/Ki )[S])
减小
减小
六、激活剂对酶促反应速度的影响能使酶活性提高的物质，都称为激活剂(activator)，其中大部分是离子或简单的有机化合物。如Mg2+是多种激酶和合成酶的激活剂，动物唾液中的α-淀粉酶则受Cl-的激活。
通常，酶对激活剂有一定的选择性，且有一定的浓度要求，一种酶的激活剂对另一种酶来说可能是抑制剂，当激活剂的浓度超过一定的范围时，它就成为抑制剂。
第六节 酶的分离提纯及活力测定一.酶的分离提纯
(一)酶在细胞中的分布胞外酶：水解酶类，易收集，不必破碎细胞，缓冲液或水浸泡细胞或发酵液离心得到上清液即为含酶液。
胞内酶：除水解酶类外的其它酶类，需破碎细胞，不同的酶分布部位不同，最好先将酶存在的细胞器分离后再破碎该细胞器，然后将酶用适当的缓冲溶液或水抽提。
(二)分离材料动植物原料或微生物的发酵液。微生物发酵液是用于分离酶的最常用材料，因为微生物种类多，繁殖快，培养时间短，含酶丰富。由微生物发酵产生的酶或其它生物组织中的酶因含有大量的其它物质，所以必须经过分离、提纯、结晶等阶段才可做实际应用。
对于某种酶的具体制备方案，应通过了解酶的来源、性质及纯度需要来确定，无固定的方案。
（三）原则在增加酶得率和纯度的同时，尽可能避免高温、过酸、过碱、剧烈的震荡及其它可能使酶丧失活力的一切操作过程。尽最大可能保存酶的活力。
（四）分离提纯
1.酶的抽提：将酶溶解出来就称为抽提。
胞外酶：固体培养的菌体加水或适当缓冲溶液浸泡过滤即可。液体培养的菌体将发酵液离心分离除去菌体收集离心液即可。
胞内酶：先破碎细胞，再用水或适当的缓冲溶液抽提。
2.酶的纯化纯化的关键是维持酶的活性，因为随着酶的逐渐提纯，一些天然的可保持酶活力的其它成分逐渐减少，酶的稳定性变差，所以整个纯化过程应维持低温。
（1）酶的沉淀方法：与蛋白质的沉淀方法相同，常用
A．盐析法：常用硫酸铵盐析，有分段盐析和一次性盐析两种方法。
B．有机溶剂沉淀法：用乙醇、丙酮等。应低温操作，溶剂少量分批加入。
（2）酶的纯化方法有吸附层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析等方法。
3.酶的结晶纯化以后的酶液再次沉淀，仍采用沉淀法。
4.酶的保存：一般在-20℃以下低温保存。
二.酶活力的测定定性鉴定提取物中某一酶是否存在，一般是根据此酶引起的化学反应来判断，如检验在提取物中是否存在淀粉酶。则用提取物与淀粉反应，一段时间以后，用碘-碘化钾与反应液反应，若变蓝，说明提取物无淀粉酶活力；反之，提取物有淀粉酶的活力。
酶活力的测定：实际上是酶定量测定的方法，酶制剂因含杂质多易失活等原因，故不能用称重或测量体积来定量。
（一）酶活力的概念：指酶催化特定化学反应的能力。其大小通常用在一定条件下酶催化某一特定化学反应的速度来表示。一定量的酶制剂催化某一化学反应速度快，活力大；反之，活力小。速度表示法常用-dS/dt或dP/dt，测初速度，多用后者。因为反应初期底物过量，底物的减少量不容易测定，而产物从无到有，易测定。
（二）酶的活力单位：1961年国际生化协会酶学委员会统一规定，酶的国际单位（IU）规定为：在最适反应条件（温度25℃）下，每分钟内催化1微摩尔（μmol）底物转化为产物所需的酶量（或1分钟内转化底物生成1微摩尔产物的酶量）称为1标准单位。
测定条件：最佳的反应条件，如最适的Tm（或25℃）、pH、[S],[E]、初速度下。
酶活力单位是U或IU，1972年国际生化协会又推荐一种新单位，即Katal(Kat)单位：在最适温度下，每秒钟能催化1摩尔底物转化为称为所需要的酶量定义为1 Kat。1 Kat=60×106 IU。
(三)酶的比活力：每单位酶蛋白所含的活力单位数。对固体酶：用活力单位(U)/毫克酶蛋白(mg)；对液体酶：用活力单位/毫升酶液来表示。很明显，比活力越大，酶的活力越大。
（四）、酶活力的测定方法
1、分光光度法：产物与适当的化学试剂生成有色物质或产物有紫外吸收的能力可采用此法。μmol·L-1。
2、测压法：产物中有气体，测气压增加量。nmol·L-1。
3、滴定法：产物中有酸生成，用碱滴定。pmol·L-1。
4、荧光法：产物中有荧光物质生成或产物与荧光试剂反应生成荧光产物可用此法。
5、旋光法：产物中有旋光物质可采用此法。
除了以上方法外，还可根据产物的性质采用其它方法。
酶的转换数 Kcat = Vmax / [Et]
酶的制备酶的应用生物科学研究用于特殊研究 如信号传导中PKC活性、功能分析基因工程融合蛋白裂解，重组DNA中各种酶应用。
蛋白质结构与功能研究。
酶与疾病的关系—发病机制研究。
基因治疗基础研究中相关酶编码基因认识。
临床医学中的应用:辅助诊断、观察愈后、治疗。
固定酶用物理、化学等方法将水溶性的酶固定到特定的载体上使之成为水不溶性的酶称之为固定酶或固相酶。
核酶具有催化活性的酶性RNA称为核酶。
1981-1982年Thomas R.Cech实验室在研究四膜虫(Tetrahymena thermophiea)的rRNA前体加工成熟时发现第一个有催化活力的天然rRNA，起名“ribozyme”（核酶）。随后，S.Altman 和N.R.Pace以及 T.R.Cech几个实验室又陆续发现了真正RNA催化剂。其中L19 RNA和核糖核酸酶P的RNA组分具有酶活性是两个典型的例子。L19是四膜虫rRNA前体自我剪接释放的内含子，在自身两次环化、开环反应中丢失了19个核苷酸形成的，故名L19RNA。L19RNA有催化寡聚核苷酸底物进行切割和连接反应，具有核糖核酸酶和RNA聚合酶的活性。它具有使底物分子加速反应且反应终了本身不被消耗仍具有催化活性的一般催化剂具有的特性。它对底物还具有专一性，作用C5比U5水解时快得多，对A5和G5无催化活性；此外，它还符合一般酶的米氏动力学规律,并被dC5竞争性抑制。综上所述，L19是一个真正的酶。
核酶的发现意义重大，它不仅打破了酶是蛋白质的传统观念，而且还大大促进了有关生物起源，生物进化等问题的进一步探讨。
