一、酶分子的化學組成酶的本質是蛋白質。酶與其他蛋白一樣，由氨基酸構成，具有一、二、三、四級結構。酶也會受到某些物理、化學因素作用而發生變性，失去活力。酶分子量很大，具有膠體性質，不能透析。酶也能被蛋白酶水解。輔因子有些酶完全由蛋白質構成，屬于簡單蛋白，如脲酶、蛋白酶等；有些酶除蛋白質外，還含有非蛋白成分，屬于結合蛋白。其中的非蛋白成分稱為輔因子(cofactor)，蛋白部分成為酶蛋白，復合物叫全酶。輔因子一般起攜帶及轉移電子或功能基團的作用，其中與酶蛋白以共價鍵緊密結合的稱為輔基，以非共價鍵松散結合的稱為輔酶。在催化過程中，輔基不與酶蛋白分離，只作為酶內載體起作用，如黃素蛋白類酶分子中的FAD、FMN輔基攜帶氫，羧化酶的生物素輔基攜帶羧基等等。輔酶則常作為酶間載體，將兩個酶促反應連接起來，如NAD+在一個反應中被還原成NADH，在另一個反應中又被氧化回NAD+。它在反應中象底物一樣，有時也稱為輔底物。有30%以上的酶需要金屬元素作為輔因子。有些酶的金屬離子與酶蛋白結合緊密，不易分離，稱為金屬酶；有些酶的金屬離子結合松散，稱為金屬活化酶。金屬酶的輔因子一般是過渡金屬，如鐵、鋅、銅、錳等；金屬活化酶的輔因子一般是堿金屬或堿土金屬，如鉀、鈣、鎂等。單體酶、寡聚酶和多酶體系由一條肽鏈構成的酶稱為單體酶，由多條肽鏈以非共價鍵結合而成的酶稱為寡聚酶，屬于寡聚蛋白。有時在生物體內一些功能相關的酶被組織起來，構成多酶體系，依次催化有關的反應。構成多酶體系是代謝的需要，可以降低底物和產物的擴散限制，提高總反應的速度和效率。有時一條肽鏈上有多種酶活性，稱為多酶融合體。如糖原分解中的脫支酶在一條肽鏈上有淀粉-1，6-葡萄糖苷酶和4-a-D-葡聚糖轉移酶活性；來自樟樹種子的克木毒蛋白(camphorin)由一條肽鏈組成，有三種活性：①RNAN-糖苷酶活性，可水解大鼠28SrRNA中第4324位腺苷酸的糖苷鍵，釋放一個腺嘌吟；②依賴于超螺旋DNA構型的核酸內切酶活性，專一解旋并切割超螺旋環狀DNA形成缺口環狀和線狀DNA:③超氧化物歧化酶活性。來自紅色鏈孢霉的AROM多酶融合體是二聚體，每條肽鏈含五種酶活性，可催化莽草酸途徑的第二至第六步反應，由于有中間產物的傳遞通道，使催化效率大為提高。二、酶的活性中心定義酶是大分子，其分子量一般在一萬以上，由數百個氨基酸組成。而酶的底物一般很小，所以，直接與底物接觸并起催化作用的只是酶分子中的一小部分。有些酶的底物雖然較大，但與酶接觸的也只是一個很小的區域。因此，人們認為，酶分子中有一個活性中心，它是酶分子的一小部分，是酶分子中與底物結合并催化反應的場所。活性中心是有酶分子中少數幾個氨基酸殘基構成的，它們在一級結構上可能相距很遠，甚至位于不同的肽鏈上，由于肽鏈的盤曲折疊而互相接近，構成一個特定的活性結構。因此活性中心不是一個點或面，而是一個小的空間區域。分類活性中心的氨基酸按功能可分為底物結合部位和催化部位。前者負責識別特定的底物并與之結合。它們決定了酶的底物專一性。催化部位是起催化作用的，底物的敏感鍵在此被切斷或形成新鍵，并生成產物。二者的分別并不是絕對的，有些基團既有底物結合功能又有催化功能。Koshland將酶分子中的殘基分為四類：接觸亞基負責底物的結合與催化，輔助亞基起協助作用，結構亞基維持酶的構象，非貢獻亞基的替換對活性無影響，但對酶的免疫、運輸、調控與壽命等有作用。前二者構成活性中心，前三者稱為酶的必須基團?；钚灾行囊酝獾牟糠植⒉皇菬o用的，它們能夠維持酶的空間結構，使活性中心保持完整。在酶與底物結合后，整個酶分子的構象發生變化，這種扭動的張力使底物化學鍵容易斷裂。這種變化也要依靠非活性中心的協同作用。一般單體酶只有一個活性中心，但有些具有多種功能的多功能酶具有多個活性中心。如大腸桿菌DNA聚合酶I是一條109kd的肽鏈，既有聚合酶活性，又有外切酶活性。形成過程有些酶在細胞內剛剛合成或分泌時，尚不具有催化活性，這些無活性的酶的前體稱為酶原。酶原通過激活才能轉化為有活性的酶。酶原的激活是通過改變酶分子的共價結構來控制酶活性的一種機制，通過肽鏈的剪切，改變蛋白的構象，從而形成或暴露酶的活性中心，使酶原在必要時被活化成為有活性的酶，發揮其功能。研究活性中心的方法酶的底物和競爭性抑制劑的結構特點有助于研究酶的活性中心的結構。酶的最適pH及速度常數等動力學特點也可提供一些信息。化學修飾在活性中心的研究中起過很重要的作用。因為活性中心的基團反應性常與其他基團不同，所以一些試劑可以專一性地與活性中心中的某種殘基反應，而不與活性中心外的殘基作用。如DFP(二異丙基氟磷酸)可與活性中心中的絲氨酸反應。TPCK(N-對甲苯磺酰苯丙氨酰氯甲基酮)的專一性更強，只能與糜蛋白酶活性中心的His-57結合，稱為親和標記。它是底物類似物，烷化劑。TLCK(賴氨酸衍生物)作用于胰酶的His-46。某些試劑的專一性不強，可用差示標記法：先用底物類似物保護活性中心，加入修飾劑，與活性中心以外的基團反應，然后除去抑制劑，再加入放射性標記的試劑，此時試劑只能與活性中心的基團反應，測定放射性的位置，即可找到活性中心。紫外、熒光、園二色光譜等方法也可用與活性中心的研究。在酶與底物結合時，位于底物結合部位的生色團必然會發生某種變化，從而導致其光譜的變化。這些生色團可以是酶本身帶有的，也可以人工引入。這種方法可以用來判斷活性中心的構成，也可以研究催化的反應過程。最直接最準確的方法是X-射線衍射。三、同工酶同工酶是同一生物催化同一反應的不同的酶分子。同工酶的催化作用相同，但其功能意義有所不同。不同種生物有相同功能的酶不是同工酶。同工酶具有相同或相似的活性中心，但其理化性質和免疫學性質不同。同工酶的細胞定位、專一性、活性及其調節可有所不同。每種同工酶都有其獨特的功能意義。如乳酸脫氫酶(LDH)是由4個亞基組成的四聚體。亞基有A(M)和B(H)兩種，有5種同工酶：LDH1(H4)、LDH2(MH3)、LDH3(M2H2)、LDH4(M3H)、LDH5(M4)。M、H兩個亞基由不同基因編碼，在不同細胞中合成速度不同，所以在不同的組織器官中5種同工酶的比例不同，經電泳分離后會得到不同的同工酶譜。人體心肌中LDH1和LDH2較多，而骨骼肌中LDH5較多。M亞基