化学本质为蛋白质的酶具有蛋白质的所有特征，也有为执行催化功能所独有的特点。

酶按其分子组成可被分为单纯酶和结合酶两类。

单纯酶（simple enzyme）是仅由氨基酸残基构成的蛋白质，其催化活性完全由蛋白质结构所体现。催化水解反应的多种酶，如淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、核糖核酸酶等都属于单纯酶。

体内大多数酶为结合酶。结合酶（conjugated enzyme）由蛋白质部分和非蛋白质部分组成。前者称为酶蛋白（apoenzyme），后者称为辅助因子（cofactor），酶蛋白和辅助因子有效结合后形成的复合物称为全酶（holoenzyme）。对于结合酶而言，酶蛋白和辅助因子都是其发挥催化作用所必需的，因而只有形成全酶才具有完整的催化活性。在酶促反应中酶蛋白决定反应的特异性，辅助因子决定反应的性质和类型。

酶的辅助因子从化学本质来说，主要为金属离子或小分子有机化合物。金属离子是最多见的辅助因子，体内约2/3的酶含有金属离子，常见的金属离子有K ⁺、Mg ²⁺、Cu ²⁺/Cu ⁺、Zn ²⁺、Fe ²⁺/Fe ³⁺、Mn ²⁺等。有的金属离子与酶结合比较牢固，提取过程中不易丢失，这类酶称为金属酶（metalloenzyme），如羧基肽酶、黄嘌呤氧化酶等；对于另外一些酶，金属离子虽为酶的活性所必需，但与酶的结合是可逆结合，这类酶称为金属激活酶（metal activated enzyme），如己糖激酶、肌酸激酶、丙酮酸羧化酶等。金属离子的作用在于：①维持酶分子的活性构象，甚至参与活性中心构象的形成，如谷氨酰胺合成酶需与Mg ²⁺结合才能形成稳定的活性构象；②参与传递电子，如氧化还原酶中的Fe ²⁺、Cu ²⁺通过自身电子的得失而传递电子；③作为酶与底物的桥梁，便于酶对底物相互作用；④中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。

作为辅助因子的小分子有机化合物往往来源于食物当中的维生素（表3-2），其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或某些基团（如酰基、氨基、甲基等）。

酶的辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度与作用特点不同，可分为辅酶与辅基两类。与酶蛋白结合疏松，可以用透析或超滤的方法将其与酶蛋白分开的称为辅酶（coenzyme）。辅酶在反应中作为底物接受质子或基团后离开酶蛋白，参加另一酶促反应并将所携带的质子或基团转移出去，或者相反。辅基（prosthetic group）与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法将其除去。辅基在酶促反应中不能离开酶蛋白。

与其他蛋白质一样，酶蛋白也具有一级结构和空间结构。对于仅含一条多肽链的酶，三级结构便是最为高级的空间结构，此类酶被称为单体酶（monomeric enzyme）；而寡聚酶（oligomeric enzyme）则由多个亚基构成，各亚基之间主要以非共价键相互作用；多酶体系（multienzyme system）是较为特殊的寡聚酶，组成它的各个亚基往往具备各自独立而又彼此相关的催化功能。值得一提的是，有些多酶体系在进化的过程中发生基因融合，将多种不同催化功能集中于一条多肽链上，此种酶称为多功能酶（multifunctional enzyme）或串联酶。

在酶蛋白分子中并非所有的基团都参与酶的催化作用。酶的必需基团（essential group）是指酶分子中与其催化活性密切相关的基团。常见的必需基团有组氨酸残基上的咪唑基、丝氨酸和苏氨酸残基上的羟基、半胱氨酸残基上的巯基以及谷氨酸残基上的γ-羧基等。

这些必需基团在一级结构上可能相距甚远，但经过肽链的盘绕、折叠，在空间结构上可彼此靠近，形成一个能特异性结合底物并催化其转化为产物的特定空间区域（图3-1），这一区域称为酶的活性中心（active center）或活性部位（active site）。对于结合酶来说，辅酶或辅基也可参与活性中心的组成。

对于构成酶活性中心的必需基团，有些能直接与底物结合，称为结合基团；也有些可以催化底物发生化学反应并将其转变为产物，称为催化基团。催化基团主要决定催化效率，结合基团决定专一性。结合基团和催化基团并不是独立存在的，而是相互关联的整体。构成结合部位的氨基酸残基，其空间位置与排布不但要适合于结合底物，还要有利于催化基团的作用。当然，两者之分也并不是绝对的，活性中心内的有些必需基团可同时具有这两方面的功能。

酶活性中心是酶体现其催化功能的关键部位。但并非所有的必需基团都集中于活性中心，这些基团往往对于维持酶活性中心特定的空间构象至关重要，可使活性中心的各个有关基团保持于最适的空间位置，对酶的催化活性发挥必不可少的作用，被称为酶活性中心以外的必需基团，如二硫键、次级键中的盐键等。

不同酶分子的空间构象不同，但活性中心常表现为从酶分子表面深入到内部的裂隙或凹陷，多为疏水性氨基酸侧链基团形成的疏水性“口袋”。活性中心的形成和空间构象的完整性是保证酶活性的前提。当其受到破坏或被抑制剂占据时，酶则失去其催化活性。

同工酶（isoenzyme）是指能够催化相同的化学反应，但分子结构、理化性质等各方面特性不同的一组酶。同工酶是长期进化过程中基因分化的结果。一组同工酶的不同成员通常由不同基因或等位基因编码或是由同一基因转录生成不同mRNA编码的多肽链组成，但不包括翻译后经加工修饰生成的多种结构形式。同工酶往往以不同比例存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中。这种同工酶谱的不均一性具有一定的生理意义。例如，在胎儿发育的不同时期，各同工酶组成成员的表达比例即同工酶谱发生着规律性的变化。以此可作为发育过程中各组织代谢分化的一项重要标志，并可帮助理解发育过程中不同阶段特有的代谢特征。

目前已发现百余组同工酶，其中最早发现也是研究最多的是人和动物体内的乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）。该酶是由两种亚基即骨骼肌型（M型）亚基和心肌型（H型）亚基组成的四聚体，两种亚基以不同的比例随机组合成5种同工酶（图3-2）：LDH ₁ ^（H ₄）、LDH ₂（H ₃M）、LDH ₃（H ₂M ₂）、LDH ₄（HM ₃）、LDH ₅（M ₄）。由于分子结构的差异，5种同工酶具有不同的电泳速度（从LDH ₁至LDH ₅电泳速度依次递减），且对底物的亲和力不同。例如，心肌中富含的LDH ₁对NAD ⁺有较大的亲和力，易受丙酮酸抑制，故其作用主要是使乳酸脱氢生成丙酮酸，便于心脏利用乳酸氧化供能。而骨骼肌富含LDH ₅，对NAD ⁺的亲和力弱，不易受丙酮酸抑制，其作用主要是使丙酮酸还原为乳酸，有利于骨骼肌产生乳酸。由此可见，酶分子结构既然有差异，生物学功能也会有所不同。

研究表明，LDH同工酶中两种不同亚基的多肽链是分别由不同的基因位点决定的。M型亚基的多肽链来自第11号染色体的基因位点A，H型亚基的多肽链来自第12号染色体的基因位点B。由于不同组织器官合成这两种亚基的速度不同，以及两种亚基之间组合的情况不同，使LDH的同工酶在不同的组织器官中的含量与分布比例不同（表3-3），因而不同的组织与细胞具有不同的代谢特点。其中心肌中以LDH ₁较为丰富，肝和骨骼肌中则主要含LDH ₅。

同工酶广泛存在于生物界，为研究生物进化、个体发育、分子遗传、细胞分化与癌变及代谢调节提供了有力工具，在生物学、医学和酶学研究中占有重要地位。同时，同工酶的测定对于临床疾病的诊断治疗也有一定的意义。当某组织病变时，可能伴随有某种特殊的同工酶释放入血，使外周血的同工酶谱发生改变，因而检测血清同工酶对于疾病的器官定位具有实用价值。例如，正常血清中LDH ₂的活性高于LDH ₁，心肌梗死时可见LDH ₁大于LDH ₂，肝细胞受损时患者血清LDH ₅活性升高（图3-3）。