酶的催化特性
酶是一种生物催化剂，它具有催化剂属性，在一定条件下,能使生物体内复杂的化学反应迅速地进行,而反应前后酶的性质和质量并不发生变化。同时也具有一些无机催化剂所不具有的特性。
1.酶具有高度的专一性
酶的专一性是酶的重要特点之一。所谓高度专一性，就是指：酶对于底物和反应类型有严格的选择性。一般地说，酶只能作用于一种或一类化学底物，催化一种或一类化学反应。而化学催化剂对于反应物没有这样严格的选择性。例如：蔗糖酶只能催化蔗糖的水解反应；淀粉酶只能催化淀粉的水解反应。而酸作为化学催化剂，可以催化蔗糖、淀粉、蛋白质和脂肪等水解反应。不同的酶其专一性差别很大，按专一性的程度及特点分为下列三种类型：
1.1绝对专一性
这一类酶对于底物的结构及反应类型，要求非常严格，只能催化一种底物发生一定类型的化学反应。即只能对一定化学键两带有一定的原子基团的化合物发生作用。例如：脲酶只能催化尿素的水解反应，对尿素的衍生物，如甲基尿素，则毫无作用。由此可见，绝对专一性是高度的底物专一性和高度的反应专一性的综合体现。
1.2相对专一性
与绝对专一性相比，相对专一性的专一程度要低一些，主要低在对底物的选择性不高。即对某一化学键起作用而对该键两侧的原子基团无多大选择。相对专一性又可分为键专一性和基团专一性。
1.2.1键专一性 有些酶具有键专一性，只对底物分子中某种化学键有选择性的催化作用，对该键两端的基团，则无严格要求。例如：脂肪酶催化酯类分子中的酯键发生水解反应。对酯键两端的R和R’基团，则无严格要求。由此可见，具有键专一性的酶，其作用的底物是一类底物，而不是某一种底物。它的反应专一性很高，但底物专一性不高。
1.2.2基团专一性 具有基团专一性的酶，除了对底物分子中的化学键有严格要求以外，还对该键的一端的基团有严格的要求，但对该键的另一端的基团，则要求不严。例如：α—D—葡萄糖苷酶，不但要求底物分子必须含有α—糖苷键，而且还要求α—糖苷键的一端必须是α—D葡萄糖残基，即α—葡萄糖苷，但对该键另一端的基团（R），则要求不严。因此，该酶可以催化任何有α—D—葡萄糖苷的化合物的水解反应。
1.3立体化学专一性 几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度的专一性，即酶只能催化一种立体异构体发生某一种化学反应，而对另一种立体异构体则无催化作用。
2.酶的较高的催化效率（高效性）
在常温和常压下其催化效率比一般催化剂高107_1013。 1mol过氧化氢酶1min内能够催化5×106过氧化氢水解；同样条件下，1mol亚铁离子Fe2+只能催化6×10-4的过氧化氢水解。二者相比，催化效率差1010倍。由此可见，酶催化效率是很高的。
3.酶的反应条件温和
一般的催化反应需要剧烈的反应条件（高温、高压、强酸、强碱等），但是酶催化反应一般是这是在较温和（常温、常压、中性酸碱等）的条件下进行的。
4.酶易变性失活
化学催化剂在一定条件下会因中毒而失去催化能力；而酶比化学催化剂更加脆弱，更易失去活性。凡是使蛋白质变性的因素（强酸、强碱、高温等）都能使酶失活。
5.体内酶活性是受调控的
在生物体内，酶活性是受到调节控制的。这是酶区别于化学催化剂的又一个重要特征。对酶活性调控的方式很多，如：反馈调节、共价修饰调节、酶原激活、别构调节、激素调节等。
专一性、高效性、温和的反应条件使酶在生物体内的新陈代谢中发挥着重要的作用。对酶活性的调控，使生命活动过程中的各种反应得到有条不紊地进行。
酶的化学结构
酶蛋白由各种氨基酸通过肽键联结而成。酶RNA则由各种核苷酸通过磷酸二酯键联结而成。
一、酶蛋白的化学结构
酶蛋白的化学结构又称酶蛋白的一级结构，主要包括组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列次序、二硫键的数目和位置、肽链的数目等。
组成酶蛋白的氨基酸种类一般不超过20种，氨基酸数目从一百多个至几千个，氨基酸的排列次序从氨基末端开始算起。
一个氨基酸的α—羧基与另一个氨基酸的α—氨基反应，脱去一分子水，生成由肽键联结而成的二肽。
肽键的键长大于C=N双键，而小于C—N单键，具有部分双键性质，不能自由旋转。每个肽单位的六个原子都被酰胺键固定在同一平面上，此平面称为酰胺平面。
由于排列次序的不同生成的二肽有两种，例如，丙氨酸与甘氨酸可以生成丙氨酰苷氨酸和甘氨酰丙氨酸两种二肽。三个不同的氨基酸可生成两个肽键联结起来的六种三肽，例如丙氨酸，甘氨酸和谷氨酸组成的三肽有A-G-E，A-E-G，G-A-E，G-E-A，E-A-G，E-G-A。
根据排列组合规律，n个不同的氨基酸可以生成n！中n肽。蛋白质由20种氨基酸组成，氨基酸的数目成百上千，所以可生成的蛋白质种类非常繁多。
若干个氨基酸通过肽键连接而成为多肽链，简称为肽链。有些酶蛋白含有多条肽链，肽链之间还可通过二硫键联结而成为蛋白质分子。
蛋白质分子中的二硫键是由两个半胱氨酸的巯基脱氢联结而成。
二硫键可以在同一肽链之中，也可以在两条肽链之间联结而成。
组成酶蛋白的肽链数目有所相同，例如牛胰核糖核酸酶只有由124个氨基酸组成的一条肽链。而胰凝乳蛋白酶含有3条肽链，大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶有12条肽链等。
酶蛋白化学结构的测定一般包括下列步骤：
（1）酶蛋白的分离纯化：采用各种生化分离方法，将酶蛋白进行分离纯化，除去杂蛋白等杂质。
（2）氨基酸种类和数目的确定：先将酶蛋白水解，然后采用层析技术将氨基酸分离、鉴定。现在采用氨基酸自动分析仪等可以方便、快捷地测定氨基酸的种类和数目。
（3）肽链数目的确定：采用末端分析等方法测定酶蛋白中肽链的数目。然后通过还原方法打开二硫键，使各条多肽链分开。
（4）氨基酸顺序测定：将酶蛋白或多肽链进行不完全水解，生成各种小肽，将各个小肽分离纯化后通过末端分析，从氨基末端或羧基末端开始逐个分析各个氨基酸，从而确定小肽中氨基酸的排列顺序，然后根据结构进行综合分析，得出酶蛋白或多肽链中氨基酸的排列顺序。
末端分析方法主要有用于N端分析的二硝基氟苯法和用于C端分析的肼解法等。
二硝基氟苯法是一种肽链N端分析法。在弱碱性溶液中，肽链N端的氨基酸残基可与2,4-二硝基氟苯反应生成二硝基苯肽，经盐酸水解生成黄色的2,4-二硝基苯氨基酸，可用乙醚提取后，用层析方法鉴定。其反应式如下：
FDNB+肽→DNP-肽→DNA-氨基酸+其他氨基酸
肼解法是一种肽链C端分析法。此法是将蛋白质或多肽与肼在无水条件下一起加热，使肽链C端的氨基酸水解出来，其他氨基酸生成肼化合物。氨基酸肼化合物可与苯甲醛缩合生成沉淀，分离后，C端氨基酸可与FDNB试剂反应生成黄色DNP-氨基酸，经乙醚提取、层析后进行鉴定。
二、酶RNA的化学结构
酶RNA的化学结构主要包括组成RNA的核苷酸种类。数目。排列次序等。
组成酶RNA的核苷酸主要有腺苷酸、鸟苷酸。胞苷酸和尿苷酸等四种。
一个核苷酸的5’-磷酸基与另一个核苷酸的3’-羟基脱水生成由磷酸二酯键联结的二核苷酸。生成的二核苷酸再与另一个核苷酸反应生成三核苷酸，由此，n个核苷酸可通过磷酸二酯键生成寡核苷酸或RNA分子。RNA是单链分子，其核苷酸的排列次序是从5’端开始至3’端结束。
酶RNA一般含有几百个核苷酸，例如，L-19IVS是一种多功能核酸类酶，由395个核苷酸组成，大肠杆菌M1RNA由377个核苷酸组成等。
酶RNA化学结构的测定可以采用核酸自动测序仪进行自动分析。也可采用下列方法进行顺序测定：
（1）酶RNA的分离纯化：通过各种生化分离方法，得到了纯化的RNA。
（2）将RNA水解生成各种核苷酸，通过分析确定组成RNA的核苷酸种类和数量。
（3）用特异性酶切法或双脱氧终止法等进行RNA的序列测定。
特异性酶切法首先用T4多核苷酸激酶进行RNA5’-末端标记，或用RNA连接酶进行RNA3’-末端标记，然后用适量的特异性RNA酶进行部分水解，再进行聚丙烯酰胺凝胶电泳和放射自显影而测定RNA分子中核苷酸的排列顺序。
双脱氧终止法首先以RNA为模板，通过逆转录酶作用生成互补DNA（cDNA），然后以cDNA为模板，以双脱氧核苷三磷酸为核苷酸链合成的终止剂，加入标记的引物，通过PCR反应生成不同长度的寡核苷酸，再进行PAGE和放射自显影，得出RNA中核苷酸排列顺序。
酶的空间结构
酶分子在化学结构的基础上通过各种副键的作用形成完整的空间结构，酶蛋白的空间结构与酶RNA的空间结构具有不同的特点。
一、酶蛋白的空间结构
酶蛋白的空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构，酶蛋白空间结构的基本结构单位包括螺旋结构、折叠结构、转角结构和卷曲结构等。
1. 酶蛋白的副键
蛋白质的空间结构是通过各种副键连接而成。主要的有氢键、盐键、二硫键、酯键、疏水键、金属键和范德华力等。
（1）氢键：氢键是由肽链中的羰基中的氧原子等电负性较大的原子与亚氨基、羟基、氨基等基团中的氢原子联结而成的副键。
氢键是蛋白质空间结构中的主要副键，普遍存在与蛋白质分子中。可以在肽链之间或同一条肽链之中经过卷曲折叠后互相邻近的原子之间形成。氢键的键长约为0.27nm，键能为5.6千卡。
（2）盐键：盐键是由蛋白质分子中的氨基和羧基在一定条件下形成，盐键的结合力较强，是蛋白质空间结构的主要温度因素之一。盐键在蛋白质分子中的数量不多，在酸碱的作用下容易破坏。
（3）酯键：酯键是由蛋白质分子中酸性氨基酸残基或末端氨基酸残基上的羧基与氨基酸上的羟基脱水缩合而成。在蛋白质分子中数量不多。
（4）二硫键：二硫键是由蛋白质分子中两个半胱氨酸残基上的巯基通过氧化脱氢而形成，对蛋白质的稳定起重要作用。二硫键可以在两条肽链之间或在同一条肽链中形成，二硫键的结合比较牢固，二硫键越多，蛋白质的稳定性越好。
（5）疏水键：疏水键是由蛋白质分子中一些疏水性较强的侧链基团聚集而成，对蛋白质的稳定起一定的作用。非极性溶剂会使疏水键破坏。
（6）范德华力：范德华力又称范德华引力，是借助静电引力而形成。范德华力的键能较小。
（7）金属键：金属键是通过金属离子，特别是二价金属离子与蛋白质分子中的基团联结而成。在维持蛋白质的空间构象方面起作用。在有四级结构的蛋白质中，金属键将各个亚基联结在一起。一旦金属离子被除去，蛋白质的四级结构就会受到破坏。
2. 酶蛋白的二级结构
蛋白质的二级结构是指多肽链主链原子的局部空间排列。一般没有考虑侧链的构象。二级结构的基本构象主要包括α—螺旋结构、β—片状结构、β—转角结构和无规则卷曲。
（1）α—螺旋结构：α—螺旋结构是由蛋白质的肽链环绕中心轴有规则地一圈一圈盘旋而成的螺旋状构象。根据盘旋方向的不同，有左手螺旋和右手螺旋之分，天然蛋白质中存在的主要是右手螺旋。
右手螺旋又称为α—螺旋，典型的α—螺旋每旋转一圈，螺距为0.54nm，平均含有3.6个氨基酸残基。每个氨基酸残基的亚氨基上的氢原子与它前面第4个氨基酸残基的羰基上的氧原子形成氢键，氢键与螺旋轴近乎于平行，氨基酸残基的侧链基团都在α—螺旋外侧。
螺旋的稳定性主要靠氢键维持，氢键一旦破坏螺旋结构也受到破坏。
（2）β—片状结构：β—片状结构最早是在蚕丝丝心蛋白中发现的，所以又称β—折叠结构，β—片状结构是两条或多条肽链充分伸展成锯齿状的折叠结构，通过侧向聚集，形成与肽链长轴方向平行的折扇状构象。
根据肽链的排列方向不同，β—片状结构可以分为平行式和反平行式两种。平行式的β—片状结构，其所有的肽链都按相同的顺序排列，即N端都在同一端，而C端都在另一端。反平行式β—片状结构肽链的排列顺序则相反。
β—片状结构的稳定性也靠氢键维持，一条肽链的亚氨基上的氢原子与相邻肽链的羰基上的氧原子之间形成氢键，有规律地排列在一起。
（3）β—转角结构：β—转角结构又称β—转角或发夹结构。是在球状蛋白质分子中发现的一种肽链主链构象。球状蛋白肽链的盘绕折叠结构往往会发生180°的急转弯，从而产生β—转角结构。
β—转角结构是由4个连续的氨基酸残基组成，第1个氨基酸残基的羰基与第4个氨基酸残基的亚氨基形成氢键联结。
在β—转角结构中常常出现的氨基酸残基有甘氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和色氨酸等。
（4）无规则卷曲：无规则卷曲是肽链的主链不规则、多向性地随机盘曲所形成的构象。
无规则卷曲在同一种蛋白质分子中出现的部位和结构完全相同，从这一点来说，无规则卷曲是一种有规律的稳定的构象。但是在不同的蛋白质分子或相同蛋白质分子的不同肽段中，无规则卷曲却没有固定的构象而有多种格式。
3. 酶蛋白的三级结构
酶蛋白的三级结构是在二级结构的基础上，肽链进一步盘绕折叠而成的三维空间构象。是指蛋白质或多肽链分子中主链和侧链上所有原子的空间排布，而没有考虑亚基和分子键的关系。酶蛋白的三级结构具有如下特征：
（1）三级结构是具有二级结构的肽链盘绕折叠形成的三维球状结构。
（2）分子中的非极性基团集中在分子内部，形成酶分子的骨架，称为疏水核；而剂型基团相对集中于酶分子表面，形成亲水区。
（3）酶分子表明往往有一个内陷的凹槽，又称为裂隙，酶分子的活性中心就在其中。
由一个具有三级结构的酶蛋白组成的酶分子称为单体酶。单体酶一般只由一条肽链组成，也可由多条肽链组成。例如，牛胰核糖核酸酶是由124个氨基酸残基连接而成的一条肽链组成；蛋清溶菌酶是由129个氨基酸残基连接而成的一条肽链组成；胰凝乳蛋白酶由三条肽链组成，含有241个氨基酸残基等。
4. 酶蛋白的四级结构
酶蛋白的四级结构是指寡聚蛋白中亚基的种类、数目、各亚基的空间排布及其相互作用等。
亚基是指寡聚蛋白中各个具有三级结构的单位。是蛋白质分子中最小的共价单位，亚基之间通过非共价键相结合。
寡聚蛋白中亚基的数目相差很大，少则2个，多则数十个甚至更多，其中以2个或4个亚基组成着最多。例如，过氧化氢酶有4个亚基，大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰基酶有12个亚基，而烟草斑纹病毒蛋白由2300个相同的亚基组成。
寡居蛋白四级结构的稳定性主要靠个个亚基之间的疏水键来维持，而氢键、范德华力、离子键等也有一定的作用。
二、酶RNA的空间结构
酶RNA的空间结构主要包括二级结构和三级结构。
1. 酶RNA的二级结构
RNA二级结构是指单链RNA分子的自身回折、链内互补碱基配对形成的局部双螺旋区及非配对顺序形成的突环之间的空间排布。
双螺旋是由RNA链中互补的碱基配对而形成的。每个局部双螺旋区至少含有4~6对碱基，才能保持稳定。一般双螺旋区占碱基数量的40%~70%。
互补的碱基对通常是G—C，A—U和G—U碱基对。
突环是由RNA链中不互补配对的碱基组成。根据突环的位置不同，突环可以有发夹环、膨胀环、内环、多分支环等。
在核酸类酶中发现的酶RNA的典型结构有锤头结构，发夹结构和多分支环结构。
2. 酶RNA的三级结构
RNA的三级结构是在二级结构的基础上，进一步盘绕折叠而成的三维结构。
由于酶RNA的三级结构复杂，加上分析测定方法还有待发展，所以知道得不多，在这里不作具体介绍。
酶结构与催化特性的关系
酶的催化功能是由其特殊的结构决定的，酶结构的改变，将引起酶催化功能的改变，使其催化功能增强、减弱，甚至完全丧失。
一、酶的一级结构与催化特性的关系
酶的一级结构是酶的基本化学结构，是酶的空间结构的基础。决定酶的空间结构的因素，主要是由酶的一级结构所决定的各种侧链之间的相互作用，包括氢键、二硫键、酯键、盐键、疏水键和范德华力等。此外，酶的空间结构也受到各中环境因素，如溶剂、pH、温度、离子强度等的影响。
酶的一级结构决定其空间结构，酶的一级结构的改变将使酶的催化特性发生相应的改变。酶一级结构的改变主要是指酶分子主链的断裂可能使酶的活力保持不变、显示出来或完全丧失。
1. 如果酶分子主链断裂的位置远离酶的活性中心，切去的部分为非贡献残基时，一级结构的改变对酶活几乎没有影响。例如，从牛胰核糖核酸酶（124个氨基酸）的C端去掉3个氨基酸残基，对酶活力没有影响；从M1 RNA（含377个核苷酸）的3’端切除122个核苷酸残基，仍可保持酶活性。
2. 如果酶分子主链断裂的位置离酶的活性中心较近，切去的部分含有接触残基、辅助残基或贡献残基时，将引起酶活力的丧失。例如，从牛胰核糖核酸酶的C端除去4个氨基酸残基，则酶活力全部丧失；从M1RNA的5’—端切除70个核苷酸残基，酶活力完全丧失。
3. 对于酶的前体，通过酶的作用，使饿、酶分子的主链在特定的位置断裂，从而显示出酶的催化活性。举例说明如下：
（1）胰蛋白酶原本来没有催化活性，当受到肠激酶或胰蛋白酶的作用，从N端去除一个6肽后，就显示出蛋白酶的催化活性。
（2）胰凝乳蛋白酶原是含有245个氨基酸残基的单链多肽，分子中有5对二硫键，本身没有酶活性。在胰蛋白酶的作用下，第15位精氨酸和第16位异亮氨酸之间的肽键断裂，则生成具有全部酶活力的π-胰凝乳蛋白酶，然后，继续在第13位亮氨酸和第13位丝氨酸，第146位络氨酸和第147位苏氨酸，第148位天冬酰胺和第149位丙氨酸之间的三个肽键处水解，切去两个二肽，就生成α—胰凝乳蛋白酶。
（3）四膜虫26SrRNA的前体通过自我剪接作用，释放出来的线状间隔序列没有活性，当LIVS在5’—端失去19个核苷酸残基就生成多功能核酸类酶L—19IVS。
对于酶蛋白而言，一级结构中二硫键的断裂，特别是肽链之间的二硫键的断裂，一般会引起酶活性的丧失。但是在某些情况下，二硫键的断开不影响酶的空间构象时，酶活性仍可保持。
二、酶的二级、三级结构与催化功能的关系
酶的二级、三级结构是所有酶都具备的基本空间结构、完整的酶的二级、三级结构对维持酶的活性中心的空间构象至关重要。
酶的二级、三级结构的破坏将使酶的催化活性丧失。例如，牛胰核糖核酸酶含有124个氨基酸残基，活性中心中含有两个组氨酸残基，用枯草杆菌蛋白酶处理牛胰核糖核酸酶，使Ala20—Ser21之间的肽键断裂，生成N端的20肽（S肽）和C端的104台（S蛋白），由于酶的活性中心被破坏，S肽和S蛋白两者单独存在时，都没有酶活性。但在PH7.0的条件下，S肽和S蛋白以1:1混合时，两者之间可以形成氢键和疏水键而联结在一起，恢复原来活性中心的空间构象，使酶恢复原有的催化活性。
三、酶的四级结构与催化特性的关系
酶的四级结构是由多个亚基联结而成。有些酶仅仅具有催化功能，而有些酶却具有催化和调节两种功能。酶的四级结构受到破坏时，其功能和特性将发生某些变化。
1. 四级结构与催化作用的关系
具有四级结构的酶中有些只有催化作用，主要是多催化部位寡聚酶和多美复合体。有些具有催化部位和调节部位，具有催化和调节两种作用，主要是指别构酶。
多催化部位寡聚酶由若干个相同的亚基组成，每个亚基上都有一个催化中心。四级结构完整时，酶的催化功能充分发挥出来，当四级结构受到破坏，亚基便分离，亚基分离时，一般情况下酶失去酶活性。但是有些多催化部位挂聚醚的亚基分离时，若采用适当的分离方法，被分离的亚基仍然具有催化活性。例如，天冬氨酸转氨酶由2个相同的亚基组成，当采用琥珀酰化法使4级结构破坏时，分离的2个亚基可保持催化活性。而采用酸、碱、表面活性剂等破坏四级结构时，所得到的亚基没有催化活性。
多酶复合体的四级结构受到破坏时，亚基的酶活性减弱或者消失。例如，大肠杆菌色氨酸合成酶是一种多酶复合体，由两个α亚基和一个β2亚基组成，用变性剂处理，β2可以解离生成两个β亚基（2β），单独的β亚基无催化活性。游离的α和β2亚基虽然有催化活性，但是其催化效率比α·α·β2复合体低得多。其中α亚基的催化效率只有复合体的1/30，β2亚基的催化效率只有复合体的1%左右。这说明具有完整四级结构的多酶复合体可以显著提高催化效率。
别构酶的四级结构破坏时，有些催化亚基仍然可以保持酶的催化活性，但是失去其调节功能。例如，天冬氨酸转氨甲酰酶的2个催化亚基和2个调节亚基分开后，催化亚基仍然可以保持催化活性，但是不显示别构酶的S型动力学曲线，而呈现米氏型酶无调节作用的双曲线性动力学曲线。
2. 四级结构与调节作用的关系
具有四级结构的酶中，有些具有调节作用，称为调节酶，主要是指别构酶。别构酶只有在四级结构完整时才显示其调节作用，分开的调节亚基不具有调节功能。
四、金属离子与酶催化活性的关系
金属离子有些是酶的构成组分，如羧肽酶中的锌离子、脯氨酸羟基化酶中的铁离子等；有些是有机辅助因子的组成部分，例如血红素中的铁离子、钴胺素中的钴离子等；有些则是酶的激活剂或稳定剂，例如，钴离子和镁离子是葡萄糖异构酶的激活剂，钙离子是α—淀粉酶的稳定剂等。
金属离子一旦失去，酶的催化活性将会丧失或者降低，用其他金属离子置换原有的金属离子，将对酶的催化活性产生影响。
酶的催化特性
酶是一种生物催化剂，它具有催化剂属性，在一定条件下,能使生物体内复杂的化学反应迅速地进行,而反应前后酶的性质和质量并不发生变化。同时也具有一些无机催化剂所不具有的特性。
1.酶具有高度的专一性
酶的专一性是酶的重要特点之一。所谓高度专一性，就是指：酶对于底物和反应类型有严格的选择性。一般地说，酶只能作用于一种或一类化学底物，催化一种或一类化学反应。而化学催化剂对于反应物没有这样严格的选择性。例如：蔗糖酶只能催化蔗糖的水解反应；淀粉酶只能催化淀粉的水解反应。而酸作为化学催化剂，可以催化蔗糖、淀粉、蛋白质和脂肪等水解反应。不同的酶其专一性差别很大，按专一性的程度及特点分为下列三种类型：
1.1绝对专一性
这一类酶对于底物的结构及反应类型，要求非常严格，只能催化一种底物发生一定类型的化学反应。即只能对一定化学键两带有一定的原子基团的化合物发生作用。例如：脲酶只能催化尿素的水解反应，对尿素的衍生物，如甲基尿素，则毫无作用。由此可见，绝对专一性是高度的底物专一性和高度的反应专一性的综合体现。
1.2相对专一性
与绝对专一性相比，相对专一性的专一程度要低一些，主要低在对底物的选择性不高。即对某一化学键起作用而对该键两侧的原子基团无多大选择。相对专一性又可分为键专一性和基团专一性。
1.2.1键专一性 有些酶具有键专一性，只对底物分子中某种化学键有选择性的催化作用，对该键两端的基团，则无严格要求。例如：脂肪酶催化酯类分子中的酯键发生水解反应。对酯键两端的R和R’基团，则无严格要求。由此可见，具有键专一性的酶，其作用的底物是一类底物，而不是某一种底物。它的反应专一性很高，但底物专一性不高。
1.2.2基团专一性 具有基团专一性的酶，除了对底物分子中的化学键有严格要求以外，还对该键的一端的基团有严格的要求，但对该键的另一端的基团，则要求不严。例如：α—D—葡萄糖苷酶，不但要求底物分子必须含有α—糖苷键，而且还要求α—糖苷键的一端必须是α—D葡萄糖残基，即α—葡萄糖苷，但对该键另一端的基团（R），则要求不严。因此，该酶可以催化任何有α—D—葡萄糖苷的化合物的水解反应。
1.3立体化学专一性 几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度的专一性，即酶只能催化一种立体异构体发生某一种化学反应，而对另一种立体异构体则无催化作用。
2.酶的较高的催化效率（高效性）
在常温和常压下其催化效率比一般催化剂高107_1013。 1mol过氧化氢酶1min内能够催化5×106过氧化氢水解；同样条件下，1mol亚铁离子Fe2+只能催化6×10-4的过氧化氢水解。二者相比，催化效率差1010倍。由此可见，酶催化效率是很高的。
3.酶的反应条件温和
一般的催化反应需要剧烈的反应条件（高温、高压、强酸、强碱等），但是酶催化反应一般是这是在较温和（常温、常压、中性酸碱等）的条件下进行的。
4.酶易变性失活
化学催化剂在一定条件下会因中毒而失去催化能力；而酶比化学催化剂更加脆弱，更易失去活性。凡是使蛋白质变性的因素（强酸、强碱、高温等）都能使酶失活。
5.体内酶活性是受调控的
在生物体内，酶活性是受到调节控制的。这是酶区别于化学催化剂的又一个重要特征。对酶活性调控的方式很多，如：反馈调节、共价修饰调节、酶原激活、别构调节、激素调节等。
专一性、高效性、温和的反应条件使酶在生物体内的新陈代谢中发挥着重要的作用。对酶活性的调控，使生命活动过程中的各种反应得到有条不紊地进行。
酶的化学结构
酶蛋白由各种氨基酸通过肽键联结而成。酶RNA则由各种核苷酸通过磷酸二酯键联结而成。
一、酶蛋白的化学结构
酶蛋白的化学结构又称酶蛋白的一级结构，主要包括组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列次序、二硫键的数目和位置、肽链的数目等。
组成酶蛋白的氨基酸种类一般不超过20种，氨基酸数目从一百多个至几千个，氨基酸的排列次序从氨基末端开始算起。
一个氨基酸的α—羧基与另一个氨基酸的α—氨基反应，脱去一分子水，生成由肽键联结而成的二肽。
肽键的键长大于C=N双键，而小于C—N单键，具有部分双键性质，不能自由旋转。每个肽单位的六个原子都被酰胺键固定在同一平面上，此平面称为酰胺平面。
由于排列次序的不同生成的二肽有两种，例如，丙氨酸与甘氨酸可以生成丙氨酰苷氨酸和甘氨酰丙氨酸两种二肽。三个不同的氨基酸可生成两个肽键联结起来的六种三肽，例如丙氨酸，甘氨酸和谷氨酸组成的三肽有A-G-E，A-E-G，G-A-E，G-E-A，E-A-G，E-G-A。
根据排列组合规律，n个不同的氨基酸可以生成n！中n肽。蛋白质由20种氨基酸组成，氨基酸的数目成百上千，所以可生成的蛋白质种类非常繁多。
若干个氨基酸通过肽键连接而成为多肽链，简称为肽链。有些酶蛋白含有多条肽链，肽链之间还可通过二硫键联结而成为蛋白质分子。
蛋白质分子中的二硫键是由两个半胱氨酸的巯基脱氢联结而成。
二硫键可以在同一肽链之中，也可以在两条肽链之间联结而成。
组成酶蛋白的肽链数目有所相同，例如牛胰核糖核酸酶只有由124个氨基酸组成的一条肽链。而胰凝乳蛋白酶含有3条肽链，大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶有12条肽链等。
酶蛋白化学结构的测定一般包括下列步骤：
（1）酶蛋白的分离纯化：采用各种生化分离方法，将酶蛋白进行分离纯化，除去杂蛋白等杂质。
（2）氨基酸种类和数目的确定：先将酶蛋白水解，然后采用层析技术将氨基酸分离、鉴定。现在采用氨基酸自动分析仪等可以方便、快捷地测定氨基酸的种类和数目。
（3）肽链数目的确定：采用末端分析等方法测定酶蛋白中肽链的数目。然后通过还原方法打开二硫键，使各条多肽链分开。
（4）氨基酸顺序测定：将酶蛋白或多肽链进行不完全水解，生成各种小肽，将各个小肽分离纯化后通过末端分析，从氨基末端或羧基末端开始逐个分析各个氨基酸，从而确定小肽中氨基酸的排列顺序，然后根据结构进行综合分析，得出酶蛋白或多肽链中氨基酸的排列顺序。
末端分析方法主要有用于N端分析的二硝基氟苯法和用于C端分析的肼解法等。
二硝基氟苯法是一种肽链N端分析法。在弱碱性溶液中，肽链N端的氨基酸残基可与2,4-二硝基氟苯反应生成二硝基苯肽，经盐酸水解生成黄色的2,4-二硝基苯氨基酸，可用乙醚提取后，用层析方法鉴定。其反应式如下：
FDNB+肽→DNP-肽→DNA-氨基酸+其他氨基酸
肼解法是一种肽链C端分析法。此法是将蛋白质或多肽与肼在无水条件下一起加热，使肽链C端的氨基酸水解出来，其他氨基酸生成肼化合物。氨基酸肼化合物可与苯甲醛缩合生成沉淀，分离后，C端氨基酸可与FDNB试剂反应生成黄色DNP-氨基酸，经乙醚提取、层析后进行鉴定。
二、酶RNA的化学结构
酶RNA的化学结构主要包括组成RNA的核苷酸种类。数目。排列次序等。
组成酶RNA的核苷酸主要有腺苷酸、鸟苷酸。胞苷酸和尿苷酸等四种。
一个核苷酸的5’-磷酸基与另一个核苷酸的3’-羟基脱水生成由磷酸二酯键联结的二核苷酸。生成的二核苷酸再与另一个核苷酸反应生成三核苷酸，由此，n个核苷酸可通过磷酸二酯键生成寡核苷酸或RNA分子。RNA是单链分子，其核苷酸的排列次序是从5’端开始至3’端结束。
酶RNA一般含有几百个核苷酸，例如，L-19IVS是一种多功能核酸类酶，由395个核苷酸组成，大肠杆菌M1RNA由377个核苷酸组成等。
酶RNA化学结构的测定可以采用核酸自动测序仪进行自动分析。也可采用下列方法进行顺序测定：
（1）酶RNA的分离纯化：通过各种生化分离方法，得到了纯化的RNA。
（2）将RNA水解生成各种核苷酸，通过分析确定组成RNA的核苷酸种类和数量。
（3）用特异性酶切法或双脱氧终止法等进行RNA的序列测定。
特异性酶切法首先用T4多核苷酸激酶进行RNA5’-末端标记，或用RNA连接酶进行RNA3’-末端标记，然后用适量的特异性RNA酶进行部分水解，再进行聚丙烯酰胺凝胶电泳和放射自显影而测定RNA分子中核苷酸的排列顺序。
双脱氧终止法首先以RNA为模板，通过逆转录酶作用生成互补DNA（cDNA），然后以cDNA为模板，以双脱氧核苷三磷酸为核苷酸链合成的终止剂，加入标记的引物，通过PCR反应生成不同长度的寡核苷酸，再进行PAGE和放射自显影，得出RNA中核苷酸排列顺序。
酶的空间结构
酶分子在化学结构的基础上通过各种副键的作用形成完整的空间结构，酶蛋白的空间结构与酶RNA的空间结构具有不同的特点。
一、酶蛋白的空间结构
酶蛋白的空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构，酶蛋白空间结构的基本结构单位包括螺旋结构、折叠结构、转角结构和卷曲结构等。
1. 酶蛋白的副键
蛋白质的空间结构是通过各种副键连接而成。主要的有氢键、盐键、二硫键、酯键、疏水键、金属键和范德华力等。
（1）氢键：氢键是由肽链中的羰基中的氧原子等电负性较大的原子与亚氨基、羟基、氨基等基团中的氢原子联结而成的副键。
氢键是蛋白质空间结构中的主要副键，普遍存在与蛋白质分子中。可以在肽链之间或同一条肽链之中经过卷曲折叠后互相邻近的原子之间形成。氢键的键长约为0.27nm，键能为5.6千卡。
（2）盐键：盐键是由蛋白质分子中的氨基和羧基在一定条件下形成，盐键的结合力较强，是蛋白质空间结构的主要温度因素之一。盐键在蛋白质分子中的数量不多，在酸碱的作用下容易破坏。
（3）酯键：酯键是由蛋白质分子中酸性氨基酸残基或末端氨基酸残基上的羧基与氨基酸上的羟基脱水缩合而成。在蛋白质分子中数量不多。
（4）二硫键：二硫键是由蛋白质分子中两个半胱氨酸残基上的巯基通过氧化脱氢而形成，对蛋白质的稳定起重要作用。二硫键可以在两条肽链之间或在同一条肽链中形成，二硫键的结合比较牢固，二硫键越多，蛋白质的稳定性越好。
（5）疏水键：疏水键是由蛋白质分子中一些疏水性较强的侧链基团聚集而成，对蛋白质的稳定起一定的作用。非极性溶剂会使疏水键破坏。
（6）范德华力：范德华力又称范德华引力，是借助静电引力而形成。范德华力的键能较小。
（7）金属键：金属键是通过金属离子，特别是二价金属离子与蛋白质分子中的基团联结而成。在维持蛋白质的空间构象方面起作用。在有四级结构的蛋白质中，金属键将各个亚基联结在一起。一旦金属离子被除去，蛋白质的四级结构就会受到破坏。
2. 酶蛋白的二级结构
蛋白质的二级结构是指多肽链主链原子的局部空间排列。一般没有考虑侧链的构象。二级结构的基本构象主要包括α—螺旋结构、β—片状结构、β—转角结构和无规则卷曲。
（1）α—螺旋结构：α—螺旋结构是由蛋白质的肽链环绕中心轴有规则地一圈一圈盘旋而成的螺旋状构象。根据盘旋方向的不同，有左手螺旋和右手螺旋之分，天然蛋白质中存在的主要是右手螺旋。
右手螺旋又称为α—螺旋，典型的α—螺旋每旋转一圈，螺距为0.54nm，平均含有3.6个氨基酸残基。每个氨基酸残基的亚氨基上的氢原子与它前面第4个氨基酸残基的羰基上的氧原子形成氢键，氢键与螺旋轴近乎于平行，氨基酸残基的侧链基团都在α—螺旋外侧。
螺旋的稳定性主要靠氢键维持，氢键一旦破坏螺旋结构也受到破坏。
（2）β—片状结构：β—片状结构最早是在蚕丝丝心蛋白中发现的，所以又称β—折叠结构，β—片状结构是两条或多条肽链充分伸展成锯齿状的折叠结构，通过侧向聚集，形成与肽链长轴方向平行的折扇状构象。
根据肽链的排列方向不同，β—片状结构可以分为平行式和反平行式两种。平行式的β—片状结构，其所有的肽链都按相同的顺序排列，即N端都在同一端，而C端都在另一端。反平行式β—片状结构肽链的排列顺序则相反。
β—片状结构的稳定性也靠氢键维持，一条肽链的亚氨基上的氢原子与相邻肽链的羰基上的氧原子之间形成氢键，有规律地排列在一起。
（3）β—转角结构：β—转角结构又称β—转角或发夹结构。是在球状蛋白质分子中发现的一种肽链主链构象。球状蛋白肽链的盘绕折叠结构往往会发生180°的急转弯，从而产生β—转角结构。
β—转角结构是由4个连续的氨基酸残基组成，第1个氨基酸残基的羰基与第4个氨基酸残基的亚氨基形成氢键联结。
在β—转角结构中常常出现的氨基酸残基有甘氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和色氨酸等。
（4）无规则卷曲：无规则卷曲是肽链的主链不规则、多向性地随机盘曲所形成的构象。
无规则卷曲在同一种蛋白质分子中出现的部位和结构完全相同，从这一点来说，无规则卷曲是一种有规律的稳定的构象。但是在不同的蛋白质分子或相同蛋白质分子的不同肽段中，无规则卷曲却没有固定的构象而有多种格式。
3. 酶蛋白的三级结构
酶蛋白的三级结构是在二级结构的基础上，肽链进一步盘绕折叠而成的三维空间构象。是指蛋白质或多肽链分子中主链和侧链上所有原子的空间排布，而没有考虑亚基和分子键的关系。酶蛋白的三级结构具有如下特征：
（1）三级结构是具有二级结构的肽链盘绕折叠形成的三维球状结构。
（2）分子中的非极性基团集中在分子内部，形成酶分子的骨架，称为疏水核；而剂型基团相对集中于酶分子表面，形成亲水区。
（3）酶分子表明往往有一个内陷的凹槽，又称为裂隙，酶分子的活性中心就在其中。
由一个具有三级结构的酶蛋白组成的酶分子称为单体酶。单体酶一般只由一条肽链组成，也可由多条肽链组成。例如，牛胰核糖核酸酶是由124个氨基酸残基连接而成的一条肽链组成；蛋清溶菌酶是由129个氨基酸残基连接而成的一条肽链组成；胰凝乳蛋白酶由三条肽链组成，含有241个氨基酸残基等。
4. 酶蛋白的四级结构
酶蛋白的四级结构是指寡聚蛋白中亚基的种类、数目、各亚基的空间排布及其相互作用等。
亚基是指寡聚蛋白中各个具有三级结构的单位。是蛋白质分子中最小的共价单位，亚基之间通过非共价键相结合。
寡聚蛋白中亚基的数目相差很大，少则2个，多则数十个甚至更多，其中以2个或4个亚基组成着最多。例如，过氧化氢酶有4个亚基，大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰基酶有12个亚基，而烟草斑纹病毒蛋白由2300个相同的亚基组成。
寡居蛋白四级结构的稳定性主要靠个个亚基之间的疏水键来维持，而氢键、范德华力、离子键等也有一定的作用。
二、酶RNA的空间结构
酶RNA的空间结构主要包括二级结构和三级结构。
1. 酶RNA的二级结构
RNA二级结构是指单链RNA分子的自身回折、链内互补碱基配对形成的局部双螺旋区及非配对顺序形成的突环之间的空间排布。
双螺旋是由RNA链中互补的碱基配对而形成的。每个局部双螺旋区至少含有4~6对碱基，才能保持稳定。一般双螺旋区占碱基数量的40%~70%。
互补的碱基对通常是G—C，A—U和G—U碱基对。
突环是由RNA链中不互补配对的碱基组成。根据突环的位置不同，突环可以有发夹环、膨胀环、内环、多分支环等。
在核酸类酶中发现的酶RNA的典型结构有锤头结构，发夹结构和多分支环结构。
2. 酶RNA的三级结构
RNA的三级结构是在二级结构的基础上，进一步盘绕折叠而成的三维结构。
由于酶RNA的三级结构复杂，加上分析测定方法还有待发展，所以知道得不多，在这里不作具体介绍。
酶结构与催化特性的关系
酶的催化功能是由其特殊的结构决定的，酶结构的改变，将引起酶催化功能的改变，使其催化功能增强、减弱，甚至完全丧失。
一、酶的一级结构与催化特性的关系
酶的一级结构是酶的基本化学结构，是酶的空间结构的基础。决定酶的空间结构的因素，主要是由酶的一级结构所决定的各种侧链之间的相互作用，包括氢键、二硫键、酯键、盐键、疏水键和范德华力等。此外，酶的空间结构也受到各中环境因素，如溶剂、pH、温度、离子强度等的影响。
酶的一级结构决定其空间结构，酶的一级结构的改变将使酶的催化特性发生相应的改变。酶一级结构的改变主要是指酶分子主链的断裂可能使酶的活力保持不变、显示出来或完全丧失。
1. 如果酶分子主链断裂的位置远离酶的活性中心，切去的部分为非贡献残基时，一级结构的改变对酶活几乎没有影响。例如，从牛胰核糖核酸酶（124个氨基酸）的C端去掉3个氨基酸残基，对酶活力没有影响；从M1 RNA（含377个核苷酸）的3’端切除122个核苷酸残基，仍可保持酶活性。
2. 如果酶分子主链断裂的位置离酶的活性中心较近，切去的部分含有接触残基、辅助残基或贡献残基时，将引起酶活力的丧失。例如，从牛胰核糖核酸酶的C端除去4个氨基酸残基，则酶活力全部丧失；从M1RNA的5’—端切除70个核苷酸残基，酶活力完全丧失。
3. 对于酶的前体，通过酶的作用，使饿、酶分子的主链在特定的位置断裂，从而显示出酶的催化活性。举例说明如下：
（1）胰蛋白酶原本来没有催化活性，当受到肠激酶或胰蛋白酶的作用，从N端去除一个6肽后，就显示出蛋白酶的催化活性。
（2）胰凝乳蛋白酶原是含有245个氨基酸残基的单链多肽，分子中有5对二硫键，本身没有酶活性。在胰蛋白酶的作用下，第15位精氨酸和第16位异亮氨酸之间的肽键断裂，则生成具有全部酶活力的π-胰凝乳蛋白酶，然后，继续在第13位亮氨酸和第13位丝氨酸，第146位络氨酸和第147位苏氨酸，第148位天冬酰胺和第149位丙氨酸之间的三个肽键处水解，切去两个二肽，就生成α—胰凝乳蛋白酶。
（3）四膜虫26SrRNA的前体通过自我剪接作用，释放出来的线状间隔序列没有活性，当LIVS在5’—端失去19个核苷酸残基就生成多功能核酸类酶L—19IVS。
对于酶蛋白而言，一级结构中二硫键的断裂，特别是肽链之间的二硫键的断裂，一般会引起酶活性的丧失。但是在某些情况下，二硫键的断开不影响酶的空间构象时，酶活性仍可保持。
二、酶的二级、三级结构与催化功能的关系
酶的二级、三级结构是所有酶都具备的基本空间结构、完整的酶的二级、三级结构对维持酶的活性中心的空间构象至关重要。
酶的二级、三级结构的破坏将使酶的催化活性丧失。例如，牛胰核糖核酸酶含有124个氨基酸残基，活性中心中含有两个组氨酸残基，用枯草杆菌蛋白酶处理牛胰核糖核酸酶，使Ala20—Ser21之间的肽键断裂，生成N端的20肽（S肽）和C端的104台（S蛋白），由于酶的活性中心被破坏，S肽和S蛋白两者单独存在时，都没有酶活性。但在PH7.0的条件下，S肽和S蛋白以1:1混合时，两者之间可以形成氢键和疏水键而联结在一起，恢复原来活性中心的空间构象，使酶恢复原有的催化活性。
三、酶的四级结构与催化特性的关系
酶的四级结构是由多个亚基联结而成。有些酶仅仅具有催化功能，而有些酶却具有催化和调节两种功能。酶的四级结构受到破坏时，其功能和特性将发生某些变化。
1. 四级结构与催化作用的关系
具有四级结构的酶中有些只有催化作用，主要是多催化部位寡聚酶和多美复合体。有些具有催化部位和调节部位，具有催化和调节两种作用，主要是指别构酶。
多催化部位寡聚酶由若干个相同的亚基组成，每个亚基上都有一个催化中心。四级结构完整时，酶的催化功能充分发挥出来，当四级结构受到破坏，亚基便分离，亚基分离时，一般情况下酶失去酶活性。但是有些多催化部位挂聚醚的亚基分离时，若采用适当的分离方法，被分离的亚基仍然具有催化活性。例如，天冬氨酸转氨酶由2个相同的亚基组成，当采用琥珀酰化法使4级结构破坏时，分离的2个亚基可保持催化活性。而采用酸、碱、表面活性剂等破坏四级结构时，所得到的亚基没有催化活性。
多酶复合体的四级结构受到破坏时，亚基的酶活性减弱或者消失。例如，大肠杆菌色氨酸合成酶是一种多酶复合体，由两个α亚基和一个β2亚基组成，用变性剂处理，β2可以解离生成两个β亚基（2β），单独的β亚基无催化活性。游离的α和β2亚基虽然有催化活性，但是其催化效率比α·α·β2复合体低得多。其中α亚基的催化效率只有复合体的1/30，β2亚基的催化效率只有复合体的1%左右。这说明具有完整四级结构的多酶复合体可以显著提高催化效率。
别构酶的四级结构破坏时，有些催化亚基仍然可以保持酶的催化活性，但是失去其调节功能。例如，天冬氨酸转氨甲酰酶的2个催化亚基和2个调节亚基分开后，催化亚基仍然可以保持催化活性，但是不显示别构酶的S型动力学曲线，而呈现米氏型酶无调节作用的双曲线性动力学曲线。
2. 四级结构与调节作用的关系
具有四级结构的酶中，有些具有调节作用，称为调节酶，主要是指别构酶。别构酶只有在四级结构完整时才显示其调节作用，分开的调节亚基不具有调节功能。
四、金属离子与酶催化活性的关系
金属离子有些是酶的构成组分，如羧肽酶中的锌离子、脯氨酸羟基化酶中的铁离子等；有些是有机辅助因子的组成部分，例如血红素中的铁离子、钴胺素中的钴离子等；有些则是酶的激活剂或稳定剂，例如，钴离子和镁离子是葡萄糖异构酶的激活剂，钙离子是α—淀粉酶的稳定剂等。
金属离子一旦失去，酶的催化活性将会丧失或者降低，用其他金属离子置换原有的金属离子，将对酶的催化活性产生影响。
酶的催化特性
酶是一种生物催化剂，它具有催化剂属性，在一定条件下,能使生物体内复杂的化学反应迅速地进行,而反应前后酶的性质和质量并不发生变化。同时也具有一些无机催化剂所不具有的特性。
1.酶具有高度的专一性
酶的专一性是酶的重要特点之一。所谓高度专一性，就是指：酶对于底物和反应类型有严格的选择性。一般地说，酶只能作用于一种或一类化学底物，催化一种或一类化学反应。而化学催化剂对于反应物没有这样严格的选择性。例如：蔗糖酶只能催化蔗糖的水解反应；淀粉酶只能催化淀粉的水解反应。而酸作为化学催化剂，可以催化蔗糖、淀粉、蛋白质和脂肪等水解反应。不同的酶其专一性差别很大，按专一性的程度及特点分为下列三种类型：
1.1绝对专一性
这一类酶对于底物的结构及反应类型，要求非常严格，只能催化一种底物发生一定类型的化学反应。即只能对一定化学键两带有一定的原子基团的化合物发生作用。例如：脲酶只能催化尿素的水解反应，对尿素的衍生物，如甲基尿素，则毫无作用。由此可见，绝对专一性是高度的底物专一性和高度的反应专一性的综合体现。
1.2相对专一性
与绝对专一性相比，相对专一性的专一程度要低一些，主要低在对底物的选择性不高。即对某一化学键起作用而对该键两侧的原子基团无多大选择。相对专一性又可分为键专一性和基团专一性。
1.2.1键专一性 有些酶具有键专一性，只对底物分子中某种化学键有选择性的催化作用，对该键两端的基团，则无严格要求。例如：脂肪酶催化酯类分子中的酯键发生水解反应。对酯键两端的R和R’基团，则无严格要求。由此可见，具有键专一性的酶，其作用的底物是一类底物，而不是某一种底物。它的反应专一性很高，但底物专一性不高。
1.2.2基团专一性 具有基团专一性的酶，除了对底物分子中的化学键有严格要求以外，还对该键的一端的基团有严格的要求，但对该键的另一端的基团，则要求不严。例如：α—D—葡萄糖苷酶，不但要求底物分子必须含有α—糖苷键，而且还要求α—糖苷键的一端必须是α—D葡萄糖残基，即α—葡萄糖苷，但对该键另一端的基团（R），则要求不严。因此，该酶可以催化任何有α—D—葡萄糖苷的化合物的水解反应。
1.3立体化学专一性 几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度的专一性，即酶只能催化一种立体异构体发生某一种化学反应，而对另一种立体异构体则无催化作用。
2.酶的较高的催化效率（高效性）
在常温和常压下其催化效率比一般催化剂高107_1013。 1mol过氧化氢酶1min内能够催化5×106过氧化氢水解；同样条件下，1mol亚铁离子Fe2+只能催化6×10-4的过氧化氢水解。二者相比，催化效率差1010倍。由此可见，酶催化效率是很高的。
3.酶的反应条件温和
一般的催化反应需要剧烈的反应条件（高温、高压、强酸、强碱等），但是酶催化反应一般是这是在较温和（常温、常压、中性酸碱等）的条件下进行的。
4.酶易变性失活
化学催化剂在一定条件下会因中毒而失去催化能力；而酶比化学催化剂更加脆弱，更易失去活性。凡是使蛋白质变性的因素（强酸、强碱、高温等）都能使酶失活。
5.体内酶活性是受调控的
在生物体内，酶活性是受到调节控制的。这是酶区别于化学催化剂的又一个重要特征。对酶活性调控的方式很多，如：反馈调节、共价修饰调节、酶原激活、别构调节、激素调节等。
专一性、高效性、温和的反应条件使酶在生物体内的新陈代谢中发挥着重要的作用。对酶活性的调控，使生命活动过程中的各种反应得到有条不紊地进行。
酶的化学结构
酶蛋白由各种氨基酸通过肽键联结而成。酶RNA则由各种核苷酸通过磷酸二酯键联结而成。
一、酶蛋白的化学结构
酶蛋白的化学结构又称酶蛋白的一级结构，主要包括组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列次序、二硫键的数目和位置、肽链的数目等。
组成酶蛋白的氨基酸种类一般不超过20种，氨基酸数目从一百多个至几千个，氨基酸的排列次序从氨基末端开始算起。
一个氨基酸的α—羧基与另一个氨基酸的α—氨基反应，脱去一分子水，生成由肽键联结而成的二肽。
肽键的键长大于C=N双键，而小于C—N单键，具有部分双键性质，不能自由旋转。每个肽单位的六个原子都被酰胺键固定在同一平面上，此平面称为酰胺平面。
由于排列次序的不同生成的二肽有两种，例如，丙氨酸与甘氨酸可以生成丙氨酰苷氨酸和甘氨酰丙氨酸两种二肽。三个不同的氨基酸可生成两个肽键联结起来的六种三肽，例如丙氨酸，甘氨酸和谷氨酸组成的三肽有A-G-E，A-E-G，G-A-E，G-E-A，E-A-G，E-G-A。
根据排列组合规律，n个不同的氨基酸可以生成n！中n肽。蛋白质由20种氨基酸组成，氨基酸的数目成百上千，所以可生成的蛋白质种类非常繁多。
若干个氨基酸通过肽键连接而成为多肽链，简称为肽链。有些酶蛋白含有多条肽链，肽链之间还可通过二硫键联结而成为蛋白质分子。
蛋白质分子中的二硫键是由两个半胱氨酸的巯基脱氢联结而成。
二硫键可以在同一肽链之中，也可以在两条肽链之间联结而成。
组成酶蛋白的肽链数目有所相同，例如牛胰核糖核酸酶只有由124个氨基酸组成的一条肽链。而胰凝乳蛋白酶含有3条肽链，大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶有12条肽链等。
酶蛋白化学结构的测定一般包括下列步骤：
（1）酶蛋白的分离纯化：采用各种生化分离方法，将酶蛋白进行分离纯化，除去杂蛋白等杂质。
（2）氨基酸种类和数目的确定：先将酶蛋白水解，然后采用层析技术将氨基酸分离、鉴定。现在采用氨基酸自动分析仪等可以方便、快捷地测定氨基酸的种类和数目。
（3）肽链数目的确定：采用末端分析等方法测定酶蛋白中肽链的数目。然后通过还原方法打开二硫键，使各条多肽链分开。
（4）氨基酸顺序测定：将酶蛋白或多肽链进行不完全水解，生成各种小肽，将各个小肽分离纯化后通过末端分析，从氨基末端或羧基末端开始逐个分析各个氨基酸，从而确定小肽中氨基酸的排列顺序，然后根据结构进行综合分析，得出酶蛋白或多肽链中氨基酸的排列顺序。
末端分析方法主要有用于N端分析的二硝基氟苯法和用于C端分析的肼解法等。
二硝基氟苯法是一种肽链N端分析法。在弱碱性溶液中，肽链N端的氨基酸残基可与2,4-二硝基氟苯反应生成二硝基苯肽，经盐酸水解生成黄色的2,4-二硝基苯氨基酸，可用乙醚提取后，用层析方法鉴定。其反应式如下：
FDNB+肽→DNP-肽→DNA-氨基酸+其他氨基酸
肼解法是一种肽链C端分析法。此法是将蛋白质或多肽与肼在无水条件下一起加热，使肽链C端的氨基酸水解出来，其他氨基酸生成肼化合物。氨基酸肼化合物可与苯甲醛缩合生成沉淀，分离后，C端氨基酸可与FDNB试剂反应生成黄色DNP-氨基酸，经乙醚提取、层析后进行鉴定。
二、酶RNA的化学结构
酶RNA的化学结构主要包括组成RNA的核苷酸种类。数目。排列次序等。
组成酶RNA的核苷酸主要有腺苷酸、鸟苷酸。胞苷酸和尿苷酸等四种。
一个核苷酸的5’-磷酸基与另一个核苷酸的3’-羟基脱水生成由磷酸二酯键联结的二核苷酸。生成的二核苷酸再与另一个核苷酸反应生成三核苷酸，由此，n个核苷酸可通过磷酸二酯键生成寡核苷酸或RNA分子。RNA是单链分子，其核苷酸的排列次序是从5’端开始至3’端结束。
酶RNA一般含有几百个核苷酸，例如，L-19IVS是一种多功能核酸类酶，由395个核苷酸组成，大肠杆菌M1RNA由377个核苷酸组成等。
酶RNA化学结构的测定可以采用核酸自动测序仪进行自动分析。也可采用下列方法进行顺序测定：
（1）酶RNA的分离纯化：通过各种生化分离方法，得到了纯化的RNA。
（2）将RNA水解生成各种核苷酸，通过分析确定组成RNA的核苷酸种类和数量。
（3）用特异性酶切法或双脱氧终止法等进行RNA的序列测定。
特异性酶切法首先用T4多核苷酸激酶进行RNA5’-末端标记，或用RNA连接酶进行RNA3’-末端标记，然后用适量的特异性RNA酶进行部分水解，再进行聚丙烯酰胺凝胶电泳和放射自显影而测定RNA分子中核苷酸的排列顺序。
双脱氧终止法首先以RNA为模板，通过逆转录酶作用生成互补DNA（cDNA），然后以cDNA为模板，以双脱氧核苷三磷酸为核苷酸链合成的终止剂，加入标记的引物，通过PCR反应生成不同长度的寡核苷酸，再进行PAGE和放射自显影，得出RNA中核苷酸排列顺序。
酶的空间结构
酶分子在化学结构的基础上通过各种副键的作用形成完整的空间结构，酶蛋白的空间结构与酶RNA的空间结构具有不同的特点。
一、酶蛋白的空间结构
酶蛋白的空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构，酶蛋白空间结构的基本结构单位包括螺旋结构、折叠结构、转角结构和卷曲结构等。
1. 酶蛋白的副键
蛋白质的空间结构是通过各种副键连接而成。主要的有氢键、盐键、二硫键、酯键、疏水键、金属键和范德华力等。
（1）氢键：氢键是由肽链中的羰基中的氧原子等电负性较大的原子与亚氨基、羟基、氨基等基团中的氢原子联结而成的副键。
氢键是蛋白质空间结构中的主要副键，普遍存在与蛋白质分子中。可以在肽链之间或同一条肽链之中经过卷曲折叠后互相邻近的原子之间形成。氢键的键长约为0.27nm，键能为5.6千卡。
（2）盐键：盐键是由蛋白质分子中的氨基和羧基在一定条件下形成，盐键的结合力较强，是蛋白质空间结构的主要温度因素之一。盐键在蛋白质分子中的数量不多，在酸碱的作用下容易破坏。
（3）酯键：酯键是由蛋白质分子中酸性氨基酸残基或末端氨基酸残基上的羧基与氨基酸上的羟基脱水缩合而成。在蛋白质分子中数量不多。
（4）二硫键：二硫键是由蛋白质分子中两个半胱氨酸残基上的巯基通过氧化脱氢而形成，对蛋白质的稳定起重要作用。二硫键可以在两条肽链之间或在同一条肽链中形成，二硫键的结合比较牢固，二硫键越多，蛋白质的稳定性越好。
（5）疏水键：疏水键是由蛋白质分子中一些疏水性较强的侧链基团聚集而成，对蛋白质的稳定起一定的作用。非极性溶剂会使疏水键破坏。
（6）范德华力：范德华力又称范德华引力，是借助静电引力而形成。范德华力的键能较小。
（7）金属键：金属键是通过金属离子，特别是二价金属离子与蛋白质分子中的基团联结而成。在维持蛋白质的空间构象方面起作用。在有四级结构的蛋白质中，金属键将各个亚基联结在一起。一旦金属离子被除去，蛋白质的四级结构就会受到破坏。
2. 酶蛋白的二级结构
蛋白质的二级结构是指多肽链主链原子的局部空间排列。一般没有考虑侧链的构象。二级结构的基本构象主要包括α—螺旋结构、β—片状结构、β—转角结构和无规则卷曲。
（1）α—螺旋结构：α—螺旋结构是由蛋白质的肽链环绕中心轴有规则地一圈一圈盘旋而成的螺旋状构象。根据盘旋方向的不同，有左手螺旋和右手螺旋之分，天然蛋白质中存在的主要是右手螺旋。
右手螺旋又称为α—螺旋，典型的α—螺旋每旋转一圈，螺距为0.54nm，平均含有3.6个氨基酸残基。每个氨基酸残基的亚氨基上的氢原子与它前面第4个氨基酸残基的羰基上的氧原子形成氢键，氢键与螺旋轴近乎于平行，氨基酸残基的侧链基团都在α—螺旋外侧。
螺旋的稳定性主要靠氢键维持，氢键一旦破坏螺旋结构也受到破坏。
（2）β—片状结构：β—片状结构最早是在蚕丝丝心蛋白中发现的，所以又称β—折叠结构，β—片状结构是两条或多条肽链充分伸展成锯齿状的折叠结构，通过侧向聚集，形成与肽链长轴方向平行的折扇状构象。
根据肽链的排列方向不同，β—片状结构可以分为平行式和反平行式两种。平行式的β—片状结构，其所有的肽链都按相同的顺序排列，即N端都在同一端，而C端都在另一端。反平行式β—片状结构肽链的排列顺序则相反。
β—片状结构的稳定性也靠氢键维持，一条肽链的亚氨基上的氢原子与相邻肽链的羰基上的氧原子之间形成氢键，有规律地排列在一起。
（3）β—转角结构：β—转角结构又称β—转角或发夹结构。是在球状蛋白质分子中发现的一种肽链主链构象。球状蛋白肽链的盘绕折叠结构往往会发生180°的急转弯，从而产生β—转角结构。
β—转角结构是由4个连续的氨基酸残基组成，第1个氨基酸残基的羰基与第4个氨基酸残基的亚氨基形成氢键联结。
在β—转角结构中常常出现的氨基酸残基有甘氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和色氨酸等。
（4）无规则卷曲：无规则卷曲是肽链的主链不规则、多向性地随机盘曲所形成的构象。
无规则卷曲在同一种蛋白质分子中出现的部位和结构完全相同，从这一点来说，无规则卷曲是一种有规律的稳定的构象。但是在不同的蛋白质分子或相同蛋白质分子的不同肽段中，无规则卷曲却没有固定的构象而有多种格式。
3. 酶蛋白的三级结构
酶蛋白的三级结构是在二级结构的基础上，肽链进一步盘绕折叠而成的三维空间构象。是指蛋白质或多肽链分子中主链和侧链上所有原子的空间排布，而没有考虑亚基和分子键的关系。酶蛋白的三级结构具有如下特征：
（1）三级结构是具有二级结构的肽链盘绕折叠形成的三维球状结构。
（2）分子中的非极性基团集中在分子内部，形成酶分子的骨架，称为疏水核；而剂型基团相对集中于酶分子表面，形成亲水区。
（3）酶分子表明往往有一个内陷的凹槽，又称为裂隙，酶分子的活性中心就在其中。
由一个具有三级结构的酶蛋白组成的酶分子称为单体酶。单体酶一般只由一条肽链组成，也可由多条肽链组成。例如，牛胰核糖核酸酶是由124个氨基酸残基连接而成的一条肽链组成；蛋清溶菌酶是由129个氨基酸残基连接而成的一条肽链组成；胰凝乳蛋白酶由三条肽链组成，含有241个氨基酸残基等。
4. 酶蛋白的四级结构
酶蛋白的四级结构是指寡聚蛋白中亚基的种类、数目、各亚基的空间排布及其相互作用等。
亚基是指寡聚蛋白中各个具有三级结构的单位。是蛋白质分子中最小的共价单位，亚基之间通过非共价键相结合。
寡聚蛋白中亚基的数目相差很大，少则2个，多则数十个甚至更多，其中以2个或4个亚基组成着最多。例如，过氧化氢酶有4个亚基，大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰基酶有12个亚基，而烟草斑纹病毒蛋白由2300个相同的亚基组成。
寡居蛋白四级结构的稳定性主要靠个个亚基之间的疏水键来维持，而氢键、范德华力、离子键等也有一定的作用。
二、酶RNA的空间结构
酶RNA的空间结构主要包括二级结构和三级结构。
1. 酶RNA的二级结构
RNA二级结构是指单链RNA分子的自身回折、链内互补碱基配对形成的局部双螺旋区及非配对顺序形成的突环之间的空间排布。
双螺旋是由RNA链中互补的碱基配对而形成的。每个局部双螺旋区至少含有4~6对碱基，才能保持稳定。一般双螺旋区占碱基数量的40%~70%。
互补的碱基对通常是G—C，A—U和G—U碱基对。
突环是由RNA链中不互补配对的碱基组成。根据突环的位置不同，突环可以有发夹环、膨胀环、内环、多分支环等。
在核酸类酶中发现的酶RNA的典型结构有锤头结构，发夹结构和多分支环结构。
2. 酶RNA的三级结构
RNA的三级结构是在二级结构的基础上，进一步盘绕折叠而成的三维结构。
由于酶RNA的三级结构复杂，加上分析测定方法还有待发展，所以知道得不多，在这里不作具体介绍。
酶结构与催化特性的关系
酶的催化功能是由其特殊的结构决定的，酶结构的改变，将引起酶催化功能的改变，使其催化功能增强、减弱，甚至完全丧失。
一、酶的一级结构与催化特性的关系
酶的一级结构是酶的基本化学结构，是酶的空间结构的基础。决定酶的空间结构的因素，主要是由酶的一级结构所决定的各种侧链之间的相互作用，包括氢键、二硫键、酯键、盐键、疏水键和范德华力等。此外，酶的空间结构也受到各中环境因素，如溶剂、pH、温度、离子强度等的影响。
酶的一级结构决定其空间结构，酶的一级结构的改变将使酶的催化特性发生相应的改变。酶一级结构的改变主要是指酶分子主链的断裂可能使酶的活力保持不变、显示出来或完全丧失。
1. 如果酶分子主链断裂的位置远离酶的活性中心，切去的部分为非贡献残基时，一级结构的改变对酶活几乎没有影响。例如，从牛胰核糖核酸酶（124个氨基酸）的C端去掉3个氨基酸残基，对酶活力没有影响；从M1 RNA（含377个核苷酸）的3’端切除122个核苷酸残基，仍可保持酶活性。
2. 如果酶分子主链断裂的位置离酶的活性中心较近，切去的部分含有接触残基、辅助残基或贡献残基时，将引起酶活力的丧失。例如，从牛胰核糖核酸酶的C端除去4个氨基酸残基，则酶活力全部丧失；从M1RNA的5’—端切除70个核苷酸残基，酶活力完全丧失。
3. 对于酶的前体，通过酶的作用，使饿、酶分子的主链在特定的位置断裂，从而显示出酶的催化活性。举例说明如下：
（1）胰蛋白酶原本来没有催化活性，当受到肠激酶或胰蛋白酶的作用，从N端去除一个6肽后，就显示出蛋白酶的催化活性。
（2）胰凝乳蛋白酶原是含有245个氨基酸残基的单链多肽，分子中有5对二硫键，本身没有酶活性。在胰蛋白酶的作用下，第15位精氨酸和第16位异亮氨酸之间的肽键断裂，则生成具有全部酶活力的π-胰凝乳蛋白酶，然后，继续在第13位亮氨酸和第13位丝氨酸，第146位络氨酸和第147位苏氨酸，第148位天冬酰胺和第149位丙氨酸之间的三个肽键处水解，切去两个二肽，就生成α—胰凝乳蛋白酶。
（3）四膜虫26SrRNA的前体通过自我剪接作用，释放出来的线状间隔序列没有活性，当LIVS在5’—端失去19个核苷酸残基就生成多功能核酸类酶L—19IVS。
对于酶蛋白而言，一级结构中二硫键的断裂，特别是肽链之间的二硫键的断裂，一般会引起酶活性的丧失。但是在某些情况下，二硫键的断开不影响酶的空间构象时，酶活性仍可保持。
二、酶的二级、三级结构与催化功能的关系
酶的二级、三级结构是所有酶都具备的基本空间结构、完整的酶的二级、三级结构对维持酶的活性中心的空间构象至关重要。
酶的二级、三级结构的破坏将使酶的催化活性丧失。例如，牛胰核糖核酸酶含有124个氨基酸残基，活性中心中含有两个组氨酸残基，用枯草杆菌蛋白酶处理牛胰核糖核酸酶，使Ala20—Ser21之间的肽键断裂，生成N端的20肽（S肽）和C端的104台（S蛋白），由于酶的活性中心被破坏，S肽和S蛋白两者单独存在时，都没有酶活性。但在PH7.0的条件下，S肽和S蛋白以1:1混合时，两者之间可以形成氢键和疏水键而联结在一起，恢复原来活性中心的空间构象，使酶恢复原有的催化活性。
三、酶的四级结构与催化特性的关系
酶的四级结构是由多个亚基联结而成。有些酶仅仅具有催化功能，而有些酶却具有催化和调节两种功能。酶的四级结构受到破坏时，其功能和特性将发生某些变化。
1. 四级结构与催化作用的关系
具有四级结构的酶中有些只有催化作用，主要是多催化部位寡聚酶和多美复合体。有些具有催化部位和调节部位，具有催化和调节两种作用，主要是指别构酶。
多催化部位寡聚酶由若干个相同的亚基组成，每个亚基上都有一个催化中心。四级结构完整时，酶的催化功能充分发挥出来，当四级结构受到破坏，亚基便分离，亚基分离时，一般情况下酶失去酶活性。但是有些多催化部位挂聚醚的亚基分离时，若采用适当的分离方法，被分离的亚基仍然具有催化活性。例如，天冬氨酸转氨酶由2个相同的亚基组成，当采用琥珀酰化法使4级结构破坏时，分离的2个亚基可保持催化活性。而采用酸、碱、表面活性剂等破坏四级结构时，所得到的亚基没有催化活性。
多酶复合体的四级结构受到破坏时，亚基的酶活性减弱或者消失。例如，大肠杆菌色氨酸合成酶是一种多酶复合体，由两个α亚基和一个β2亚基组成，用变性剂处理，β2可以解离生成两个β亚基（2β），单独的β亚基无催化活性。游离的α和β2亚基虽然有催化活性，但是其催化效率比α·α·β2复合体低得多。其中α亚基的催化效率只有复合体的1/30，β2亚基的催化效率只有复合体的1%左右。这说明具有完整四级结构的多酶复合体可以显著提高催化效率。
别构酶的四级结构破坏时，有些催化亚基仍然可以保持酶的催化活性，但是失去其调节功能。例如，天冬氨酸转氨甲酰酶的2个催化亚基和2个调节亚基分开后，催化亚基仍然可以保持催化活性，但是不显示别构酶的S型动力学曲线，而呈现米氏型酶无调节作用的双曲线性动力学曲线。
2. 四级结构与调节作用的关系
具有四级结构的酶中，有些具有调节作用，称为调节酶，主要是指别构酶。别构酶只有在四级结构完整时才显示其调节作用，分开的调节亚基不具有调节功能。
四、金属离子与酶催化活性的关系
金属离子有些是酶的构成组分，如羧肽酶中的锌离子、脯氨酸羟基化酶中的铁离子等；有些是有机辅助因子的组成部分，例如血红素中的铁离子、钴胺素中的钴离子等；有些则是酶的激活剂或稳定剂，例如，钴离子和镁离子是葡萄糖异构酶的激活剂，钙离子是α—淀粉酶的稳定剂等。
金属离子一旦失去，酶的催化活性将会丧失或者降低，用其他金属离子置换原有的金属离子，将对酶的催化活性产生影响。
酶的催化特性
酶是一种生物催化剂，它具有催化剂属性，在一定条件下,能使生物体内复杂的化学反应迅速地进行,而反应前后酶的性质和质量并不发生变化。同时也具有一些无机催化剂所不具有的特性。
1.酶具有高度的专一性
酶的专一性是酶的重要特点之一。所谓高度专一性，就是指：酶对于底物和反应类型有严格的选择性。一般地说，酶只能作用于一种或一类化学底物，催化一种或一类化学反应。而化学催化剂对于反应物没有这样严格的选择性。例如：蔗糖酶只能催化蔗糖的水解反应；淀粉酶只能催化淀粉的水解反应。而酸作为化学催化剂，可以催化蔗糖、淀粉、蛋白质和脂肪等水解反应。不同的酶其专一性差别很大，按专一性的程度及特点分为下列三种类型：
1.1绝对专一性
这一类酶对于底物的结构及反应类型，要求非常严格，只能催化一种底物发生一定类型的化学反应。即只能对一定化学键两带有一定的原子基团的化合物发生作用。例如：脲酶只能催化尿素的水解反应，对尿素的衍生物，如甲基尿素，则毫无作用。由此可见，绝对专一性是高度的底物专一性和高度的反应专一性的综合体现。
1.2相对专一性
与绝对专一性相比，相对专一性的专一程度要低一些，主要低在对底物的选择性不高。即对某一化学键起作用而对该键两侧的原子基团无多大选择。相对专一性又可分为键专一性和基团专一性。
1.2.1键专一性 有些酶具有键专一性，只对底物分子中某种化学键有选择性的催化作用，对该键两端的基团，则无严格要求。例如：脂肪酶催化酯类分子中的酯键发生水解反应。对酯键两端的R和R’基团，则无严格要求。由此可见，具有键专一性的酶，其作用的底物是一类底物，而不是某一种底物。它的反应专一性很高，但底物专一性不高。
1.2.2基团专一性 具有基团专一性的酶，除了对底物分子中的化学键有严格要求以外，还对该键的一端的基团有严格的要求，但对该键的另一端的基团，则要求不严。例如：α—D—葡萄糖苷酶，不但要求底物分子必须含有α—糖苷键，而且还要求α—糖苷键的一端必须是α—D葡萄糖残基，即α—葡萄糖苷，但对该键另一端的基团（R），则要求不严。因此，该酶可以催化任何有α—D—葡萄糖苷的化合物的水解反应。
1.3立体化学专一性 几乎所有的酶对于立体异构体都具有高度的专一性，即酶只能催化一种立体异构体发生某一种化学反应，而对另一种立体异构体则无催化作用。
2.酶的较高的催化效率（高效性）
在常温和常压下其催化效率比一般催化剂高107_1013。 1mol过氧化氢酶1min内能够催化5×106过氧化氢水解；同样条件下，1mol亚铁离子Fe2+只能催化6×10-4的过氧化氢水解。二者相比，催化效率差1010倍。由此可见，酶催化效率是很高的。
3.酶的反应条件温和
一般的催化反应需要剧烈的反应条件（高温、高压、强酸、强碱等），但是酶催化反应一般是这是在较温和（常温、常压、中性酸碱等）的条件下进行的。
4.酶易变性失活
化学催化剂在一定条件下会因中毒而失去催化能力；而酶比化学催化剂更加脆弱，更易失去活性。凡是使蛋白质变性的因素（强酸、强碱、高温等）都能使酶失活。
5.体内酶活性是受调控的
在生物体内，酶活性是受到调节控制的。这是酶区别于化学催化剂的又一个重要特征。对酶活性调控的方式很多，如：反馈调节、共价修饰调节、酶原激活、别构调节、激素调节等。
专一性、高效性、温和的反应条件使酶在生物体内的新陈代谢中发挥着重要的作用。对酶活性的调控，使生命活动过程中的各种反应得到有条不紊地进行。
酶的化学结构
酶蛋白由各种氨基酸通过肽键联结而成。酶RNA则由各种核苷酸通过磷酸二酯键联结而成。
一、酶蛋白的化学结构
酶蛋白的化学结构又称酶蛋白的一级结构，主要包括组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列次序、二硫键的数目和位置、肽链的数目等。
组成酶蛋白的氨基酸种类一般不超过20种，氨基酸数目从一百多个至几千个，氨基酸的排列次序从氨基末端开始算起。
一个氨基酸的α—羧基与另一个氨基酸的α—氨基反应，脱去一分子水，生成由肽键联结而成的二肽。
肽键的键长大于C=N双键，而小于C—N单键，具有部分双键性质，不能自由旋转。每个肽单位的六个原子都被酰胺键固定在同一平面上，此平面称为酰胺平面。
由于排列次序的不同生成的二肽有两种，例如，丙氨酸与甘氨酸可以生成丙氨酰苷氨酸和甘氨酰丙氨酸两种二肽。三个不同的氨基酸可生成两个肽键联结起来的六种三肽，例如丙氨酸，甘氨酸和谷氨酸组成的三肽有A-G-E，A-E-G，G-A-E，G-E-A，E-A-G，E-G-A。
根据排列组合规律，n个不同的氨基酸可以生成n！中n肽。蛋白质由20种氨基酸组成，氨基酸的数目成百上千，所以可生成的蛋白质种类非常繁多。
若干个氨基酸通过肽键连接而成为多肽链，简称为肽链。有些酶蛋白含有多条肽链，肽链之间还可通过二硫键联结而成为蛋白质分子。
蛋白质分子中的二硫键是由两个半胱氨酸的巯基脱氢联结而成。
二硫键可以在同一肽链之中，也可以在两条肽链之间联结而成。
组成酶蛋白的肽链数目有所相同，例如牛胰核糖核酸酶只有由124个氨基酸组成的一条肽链。而胰凝乳蛋白酶含有3条肽链，大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶有12条肽链等。
酶蛋白化学结构的测定一般包括下列步骤：
（1）酶蛋白的分离纯化：采用各种生化分离方法，将酶蛋白进行分离纯化，除去杂蛋白等杂质。
（2）氨基酸种类和数目的确定：先将酶蛋白水解，然后采用层析技术将氨基酸分离、鉴定。现在采用氨基酸自动分析仪等可以方便、快捷地测定氨基酸的种类和数目。
（3）肽链数目的确定：采用末端分析等方法测定酶蛋白中肽链的数目。然后通过还原方法打开二硫键，使各条多肽链分开。
（4）氨基酸顺序测定：将酶蛋白或多肽链进行不完全水解，生成各种小肽，将各个小肽分离纯化后通过末端分析，从氨基末端或羧基末端开始逐个分析各个氨基酸，从而确定小肽中氨基酸的排列顺序，然后根据结构进行综合分析，得出酶蛋白或多肽链中氨基酸的排列顺序。
末端分析方法主要有用于N端分析的二硝基氟苯法和用于C端分析的肼解法等。
二硝基氟苯法是一种肽链N端分析法。在弱碱性溶液中，肽链N端的氨基酸残基可与2,4-二硝基氟苯反应生成二硝基苯肽，经盐酸水解生成黄色的2,4-二硝基苯氨基酸，可用乙醚提取后，用层析方法鉴定。其反应式如下：
FDNB+肽→DNP-肽→DNA-氨基酸+其他氨基酸
肼解法是一种肽链C端分析法。此法是将蛋白质或多肽与肼在无水条件下一起加热，使肽链C端的氨基酸水解出来，其他氨基酸生成肼化合物。氨基酸肼化合物可与苯甲醛缩合生成沉淀，分离后，C端氨基酸可与FDNB试剂反应生成黄色DNP-氨基酸，经乙醚提取、层析后进行鉴定。
二、酶RNA的化学结构
酶RNA的化学结构主要包括组成RNA的核苷酸种类。数目。排列次序等。
组成酶RNA的核苷酸主要有腺苷酸、鸟苷酸。胞苷酸和尿苷酸等四种。
一个核苷酸的5’-磷酸基与另一个核苷酸的3’-羟基脱水生成由磷酸二酯键联结的二核苷酸。生成的二核苷酸再与另一个核苷酸反应生成三核苷酸，由此，n个核苷酸可通过磷酸二酯键生成寡核苷酸或RNA分子。RNA是单链分子，其核苷酸的排列次序是从5’端开始至3’端结束。
酶RNA一般含有几百个核苷酸，例如，L-19IVS是一种多功能核酸类酶，由395个核苷酸组成，大肠杆菌M1RNA由377个核苷酸组成等。
酶RNA化学结构的测定可以采用核酸自动测序仪进行自动分析。也可采用下列方法进行顺序测定：
（1）酶RNA的分离纯化：通过各种生化分离方法，得到了纯化的RNA。
（2）将RNA水解生成各种核苷酸，通过分析确定组成RNA的核苷酸种类和数量。
（3）用特异性酶切法或双脱氧终止法等进行RNA的序列测定。
特异性酶切法首先用T4多核苷酸激酶进行RNA5’-末端标记，或用RNA连接酶进行RNA3’-末端标记，然后用适量的特异性RNA酶进行部分水解，再进行聚丙烯酰胺凝胶电泳和放射自显影而测定RNA分子中核苷酸的排列顺序。
双脱氧终止法首先以RNA为模板，通过逆转录酶作用生成互补DNA（cDNA），然后以cDNA为模板，以双脱氧核苷三磷酸为核苷酸链合成的终止剂，加入标记的引物，通过PCR反应生成不同长度的寡核苷酸，再进行PAGE和放射自显影，得出RNA中核苷酸排列顺序。
酶的空间结构
酶分子在化学结构的基础上通过各种副键的作用形成完整的空间结构，酶蛋白的空间结构与酶RNA的空间结构具有不同的特点。
一、酶蛋白的空间结构
酶蛋白的空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构，酶蛋白空间结构的基本结构单位包括螺旋结构、折叠结构、转角结构和卷曲结构等。
1. 酶蛋白的副键
蛋白质的空间结构是通过各种副键连接而成。主要的有氢键、盐键、二硫键、酯键、疏水键、金属键和范德华力等。
（1）氢键：氢键是由肽链中的羰基中的氧原子等电负性较大的原子与亚氨基、羟基、氨基等基团中的氢原子联结而成的副键。
氢键是蛋白质空间结构中的主要副键，普遍存在与蛋白质分子中。可以在肽链之间或同一条肽链之中经过卷曲折叠后互相邻近的原子之间形成。氢键的键长约为0.27nm，键能为5.6千卡。
（2）盐键：盐键是由蛋白质分子中的氨基和羧基在一定条件下形成，盐键的结合力较强，是蛋白质空间结构的主要温度因素之一。盐键在蛋白质分子中的数量不多，在酸碱的作用下容易破坏。
（3）酯键：酯键是由蛋白质分子中酸性氨基酸残基或末端氨基酸残基上的羧基与氨基酸上的羟基脱水缩合而成。在蛋白质分子中数量不多。
（4）二硫键：二硫键是由蛋白质分子中两个半胱氨酸残基上的巯基通过氧化脱氢而形成，对蛋白质的稳定起重要作用。二硫键可以在两条肽链之间或在同一条肽链中形成，二硫键的结合比较牢固，二硫键越多，蛋白质的稳定性越好。
（5）疏水键：疏水键是由蛋白质分子中一些疏水性较强的侧链基团聚集而成，对蛋白质的稳定起一定的作用。非极性溶剂会使疏水键破坏。
（6）范德华力：范德华力又称范德华引力，是借助静电引力而形成。范德华力的键能较小。
（7）金属键：金属键是通过金属离子，特别是二价金属离子与蛋白质分子中的基团联结而成。在维持蛋白质的空间构象方面起作用。在有四级结构的蛋白质中，金属键将各个亚基联结在一起。一旦金属离子被除去，蛋白质的四级结构就会受到破坏。
2. 酶蛋白的二级结构
蛋白质的二级结构是指多肽链主链原子的局部空间排列。一般没有考虑侧链的构象。二级结构的基本构象主要包括α—螺旋结构、β—片状结构、β—转角结构和无规则卷曲。
（1）α—螺旋结构：α—螺旋结构是由蛋白质的肽链环绕中心轴有规则地一圈一圈盘旋而成的螺旋状构象。根据盘旋方向的不同，有左手螺旋和右手螺旋之分，天然蛋白质中存在的主要是右手螺旋。
右手螺旋又称为α—螺旋，典型的α—螺旋每旋转一圈，螺距为0.54nm，平均含有3.6个氨基酸残基。每个氨基酸残基的亚氨基上的氢原子与它前面第4个氨基酸残基的羰基上的氧原子形成氢键，氢键与螺旋轴近乎于平行，氨基酸残基的侧链基团都在α—螺旋外侧。
螺旋的稳定性主要靠氢键维持，氢键一旦破坏螺旋结构也受到破坏。
（2）β—片状结构：β—片状结构最早是在蚕丝丝心蛋白中发现的，所以又称β—折叠结构，β—片状结构是两条或多条肽链充分伸展成锯齿状的折叠结构，通过侧向聚集，形成与肽链长轴方向平行的折扇状构象。
根据肽链的排列方向不同，β—片状结构可以分为平行式和反平行式两种。平行式的β—片状结构，其所有的肽链都按相同的顺序排列，即N端都在同一端，而C端都在另一端。反平行式β—片状结构肽链的排列顺序则相反。
β—片状结构的稳定性也靠氢键维持，一条肽链的亚氨基上的氢原子与相邻肽链的羰基上的氧原子之间形成氢键，有规律地排列在一起。
（3）β—转角结构：β—转角结构又称β—转角或发夹结构。是在球状蛋白质分子中发现的一种肽链主链构象。球状蛋白肽链的盘绕折叠结构往往会发生180°的急转弯，从而产生β—转角结构。
β—转角结构是由4个连续的氨基酸残基组成，第1个氨基酸残基的羰基与第4个氨基酸残基的亚氨基形成氢键联结。
在β—转角结构中常常出现的氨基酸残基有甘氨酸、脯氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和色氨酸等。
（4）无规则卷曲：无规则卷曲是肽链的主链不规则、多向性地随机盘曲所形成的构象。
无规则卷曲在同一种蛋白质分子中出现的部位和结构完全相同，从这一点来说，无规则卷曲是一种有规律的稳定的构象。但是在不同的蛋白质分子或相同蛋白质分子的不同肽段中，无规则卷曲却没有固定的构象而有多种格式。
3. 酶蛋白的三级结构
酶蛋白的三级结构是在二级结构的基础上，肽链进一步盘绕折叠而成的三维空间构象。是指蛋白质或多肽链分子中主链和侧链上所有原子的空间排布，而没有考虑亚基和分子键的关系。酶蛋白的三级结构具有如下特征：
（1）三级结构是具有二级结构的肽链盘绕折叠形成的三维球状结构。
（2）分子中的非极性基团集中在分子内部，形成酶分子的骨架，称为疏水核；而剂型基团相对集中于酶分子表面，形成亲水区。
（3）酶分子表明往往有一个内陷的凹槽，又称为裂隙，酶分子的活性中心就在其中。
由一个具有三级结构的酶蛋白组成的酶分子称为单体酶。单体酶一般只由一条肽链组成，也可由多条肽链组成。例如，牛胰核糖核酸酶是由124个氨基酸残基连接而成的一条肽链组成；蛋清溶菌酶是由129个氨基酸残基连接而成的一条肽链组成；胰凝乳蛋白酶由三条肽链组成，含有241个氨基酸残基等。
4. 酶蛋白的四级结构
酶蛋白的四级结构是指寡聚蛋白中亚基的种类、数目、各亚基的空间排布及其相互作用等。
亚基是指寡聚蛋白中各个具有三级结构的单位。是蛋白质分子中最小的共价单位，亚基之间通过非共价键相结合。
寡聚蛋白中亚基的数目相差很大，少则2个，多则数十个甚至更多，其中以2个或4个亚基组成着最多。例如，过氧化氢酶有4个亚基，大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰基酶有12个亚基，而烟草斑纹病毒蛋白由2300个相同的亚基组成。
寡居蛋白四级结构的稳定性主要靠个个亚基之间的疏水键来维持，而氢键、范德华力、离子键等也有一定的作用。
二、酶RNA的空间结构
酶RNA的空间结构主要包括二级结构和三级结构。
1. 酶RNA的二级结构
RNA二级结构是指单链RNA分子的自身回折、链内互补碱基配对形成的局部双螺旋区及非配对顺序形成的突环之间的空间排布。
双螺旋是由RNA链中互补的碱基配对而形成的。每个局部双螺旋区至少含有4~6对碱基，才能保持稳定。一般双螺旋区占碱基数量的40%~70%。
互补的碱基对通常是G—C，A—U和G—U碱基对。
突环是由RNA链中不互补配对的碱基组成。根据突环的位置不同，突环可以有发夹环、膨胀环、内环、多分支环等。
在核酸类酶中发现的酶RNA的典型结构有锤头结构，发夹结构和多分支环结构。
2. 酶RNA的三级结构
RNA的三级结构是在二级结构的基础上，进一步盘绕折叠而成的三维结构。
由于酶RNA的三级结构复杂，加上分析测定方法还有待发展，所以知道得不多，在这里不作具体介绍。
酶结构与催化特性的关系
酶的催化功能是由其特殊的结构决定的，酶结构的改变，将引起酶催化功能的改变，使其催化功能增强、减弱，甚至完全丧失。
一、酶的一级结构与催化特性的关系
酶的一级结构是酶的基本化学结构，是酶的空间结构的基础。决定酶的空间结构的因素，主要是由酶的一级结构所决定的各种侧链之间的相互作用，包括氢键、二硫键、酯键、盐键、疏水键和范德华力等。此外，酶的空间结构也受到各中环境因素，如溶剂、pH、温度、离子强度等的影响。
酶的一级结构决定其空间结构，酶的一级结构的改变将使酶的催化特性发生相应的改变。酶一级结构的改变主要是指酶分子主链的断裂可能使酶的活力保持不变、显示出来或完全丧失。
1. 如果酶分子主链断裂的位置远离酶的活性中心，切去的部分为非贡献残基时，一级结构的改变对酶活几乎没有影响。例如，从牛胰核糖核酸酶（124个氨基酸）的C端去掉3个氨基酸残基，对酶活力没有影响；从M1 RNA（含377个核苷酸）的3’端切除122个核苷酸残基，仍可保持酶活性。
2. 如果酶分子主链断裂的位置离酶的活性中心较近，切去的部分含有接触残基、辅助残基或贡献残基时，将引起酶活力的丧失。例如，从牛胰核糖核酸酶的C端除去4个氨基酸残基，则酶活力全部丧失；从M1RNA的5’—端切除70个核苷酸残基，酶活力完全丧失。
3. 对于酶的前体，通过酶的作用，使饿、酶分子的主链在特定的位置断裂，从而显示出酶的催化活性。举例说明如下：
（1）胰蛋白酶原本来没有催化活性，当受到肠激酶或胰蛋白酶的作用，从N端去除一个6肽后，就显示出蛋白酶的催化活性。
（2）胰凝乳蛋白酶原是含有245个氨基酸残基的单链多肽，分子中有5对二硫键，本身没有酶活性。在胰蛋白酶的作用下，第15位精氨酸和第16位异亮氨酸之间的肽键断裂，则生成具有全部酶活力的π-胰凝乳蛋白酶，然后，继续在第13位亮氨酸和第13位丝氨酸，第146位络氨酸和第147位苏氨酸，第148位天冬酰胺和第149位丙氨酸之间的三个肽键处水解，切去两个二肽，就生成α—胰凝乳蛋白酶。
（3）四膜虫26SrRNA的前体通过自我剪接作用，释放出来的线状间隔序列没有活性，当LIVS在5’—端失去19个核苷酸残基就生成多功能核酸类酶L—19IVS。
对于酶蛋白而言，一级结构中二硫键的断裂，特别是肽链之间的二硫键的断裂，一般会引起酶活性的丧失。但是在某些情况下，二硫键的断开不影响酶的空间构象时，酶活性仍可保持。
二、酶的二级、三级结构与催化功能的关系
酶的二级、三级结构是所有酶都具备的基本空间结构、完整的酶的二级、三级结构对维持酶的活性中心的空间构象至关重要。
酶的二级、三级结构的破坏将使酶的催化活性丧失。例如，牛胰核糖核酸酶含有124个氨基酸残基，活性中心中含有两个组氨酸残基，用枯草杆菌蛋白酶处理牛胰核糖核酸酶，使Ala20—Ser21之间的肽键断裂，生成N端的20肽（S肽）和C端的104台（S蛋白），由于酶的活性中心被破坏，S肽和S蛋白两者单独存在时，都没有酶活性。但在PH7.0的条件下，S肽和S蛋白以1:1混合时，两者之间可以形成氢键和疏水键而联结在一起，恢复原来活性中心的空间构象，使酶恢复原有的催化活性。
三、酶的四级结构与催化特性的关系
酶的四级结构是由多个亚基联结而成。有些酶仅仅具有催化功能，而有些酶却具有催化和调节两种功能。酶的四级结构受到破坏时，其功能和特性将发生某些变化。
1. 四级结构与催化作用的关系
具有四级结构的酶中有些只有催化作用，主要是多催化部位寡聚酶和多美复合体。有些具有催化部位和调节部位，具有催化和调节两种作用，主要是指别构酶。
多催化部位寡聚酶由若干个相同的亚基组成，每个亚基上都有一个催化中心。四级结构完整时，酶的催化功能充分发挥出来，当四级结构受到破坏，亚基便分离，亚基分离时，一般情况下酶失去酶活性。但是有些多催化部位挂聚醚的亚基分离时，若采用适当的分离方法，被分离的亚基仍然具有催化活性。例如，天冬氨酸转氨酶由2个相同的亚基组成，当采用琥珀酰化法使4级结构破坏时，分离的2个亚基可保持催化活性。而采用酸、碱、表面活性剂等破坏四级结构时，所得到的亚基没有催化活性。
多酶复合体的四级结构受到破坏时，亚基的酶活性减弱或者消失。例如，大肠杆菌色氨酸合成酶是一种多酶复合体，由两个α亚基和一个β2亚基组成，用变性剂处理，β2可以解离生成两个β亚基（2β），单独的β亚基无催化活性。游离的α和β2亚基虽然有催化活性，但是其催化效率比α·α·β2复合体低得多。其中α亚基的催化效率只有复合体的1/30，β2亚基的催化效率只有复合体的1%左右。这说明具有完整四级结构的多酶复合体可以显著提高催化效率。
别构酶的四级结构破坏时，有些催化亚基仍然可以保持酶的催化活性，但是失去其调节功能。例如，天冬氨酸转氨甲酰酶的2个催化亚基和2个调节亚基分开后，催化亚基仍然可以保持催化活性，但是不显示别构酶的S型动力学曲线，而呈现米氏型酶无调节作用的双曲线性动力学曲线。
2. 四级结构与调节作用的关系
具有四级结构的酶中，有些具有调节作用，称为调节酶，主要是指别构酶。别构酶只有在四级结构完整时才显示其调节作用，分开的调节亚基不具有调节功能。
四、金属离子与酶催化活性的关系
金属离子有些是酶的构成组分，如羧肽酶中的锌离子、脯氨酸羟基化酶中的铁离子等；有些是有机辅助因子的组成部分，例如血红素中的铁离子、钴胺素中的钴离子等；有些则是酶的激活剂或稳定剂，例如，钴离子和镁离子是葡萄糖异构酶的激活剂，钙离子是α—淀粉酶的稳定剂等。
金属离子一旦失去，酶的催化活性将会丧失或者降低，用其他金属离子置换原有的金属离子，将对酶的催化活性产生影响。
