酶的催化機(jī)理和一般化學(xué)催化劑基本相同,也是先和反應(yīng)物（酶的底物）結(jié)合成絡(luò)合物,通過降低反應(yīng)的能來提高化學(xué)反應(yīng)的速度,在恒定溫度下,化學(xué)反應(yīng)體系中每個(gè)反應(yīng)物分子所含的能量雖然差別較大,但其平均值較低,這是反應(yīng)的初態(tài).S（底物）→P（產(chǎn)物）這個(gè)反應(yīng)之所以能夠進(jìn)行,是因?yàn)橛邢喈?dāng)部分的S分子已被激活成為活化（過渡態(tài)）分子,活化分子越多,反應(yīng)速度越快.在特定溫度時(shí),化學(xué)反應(yīng)的活化能是使1摩爾物質(zhì)的全部分子成為活化分子所需的能量（千卡）.酶（E）的作用是：與S暫時(shí)結(jié)合形成一個(gè)新化合物ES,ES的活化狀態(tài)（過渡態(tài)）比無催化劑的該化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物活化分子含有的能量低得多.ES再反應(yīng)產(chǎn)生P,同時(shí)釋放E.E可與另外的S分子結(jié)合,再重復(fù)這個(gè)循環(huán).降低整個(gè)反應(yīng)所需的活化能,使在單位時(shí)間內(nèi)有更多的分子進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)速度得以加快.如沒有催化劑存在時(shí),過氧化氫分解為水和氧的反應(yīng)（2H2O2→2H2O+O2）需要的活化能為每摩爾18千卡（1千卡=4.187焦耳）,用過氧化氫酶催化此反應(yīng)時(shí),只需要活化能每摩爾2千卡,反應(yīng)速度約增加10^11倍.
按照酶的化學(xué)組成可將酶分為單純酶和結(jié)合酶兩大類.單純酶分子中只有氨基酸殘基組成的肽鏈,結(jié)合酶分子中則除了多肽鏈組成的蛋白質(zhì),還有非蛋白成分,如金屬離子、鐵卟啉或含B族維生素的小分子有機(jī)物.結(jié)合酶的蛋白質(zhì)部分稱為酶蛋白(apoenzyme),非蛋白質(zhì)部分統(tǒng)稱為輔助因子 (cofactor),兩者一起組成全酶(holoenzyme)；只有全酶才有催化活性,如果兩者分開則酶活力消失.非蛋白質(zhì)部分如鐵卟啉或含B族維生素的化合物若與酶蛋白以共價(jià)鍵相連的稱為輔基(prosthetic group),用透析或超濾等方法不能使它們與酶蛋白分開；反之兩者以非共價(jià)鍵相連的稱為輔酶(coenzyme),可用上述方法把兩者分開.表4-1為以金屬離子作結(jié)合酶輔助因子的一些例子.表4-2列出含B族維生素的幾種輔酶(基)及其參與的反應(yīng).結(jié)合酶中的金屬離子有多方面功能,它們可能是酶活性中心的組成成分；有的可能在穩(wěn)定酶分子的構(gòu)象上起作用；有的可能作為橋梁使酶與底物相連接.輔酶與輔基在催化反應(yīng)中作為氫(H+和e)或某些化學(xué)基團(tuán)的載體,起傳遞氫或化學(xué)基團(tuán)的作用.體內(nèi)酶的種類很多,但酶的輔助因子種類并不多,從表4—1中已見到幾種酶均用某種相同的金屬離子作為輔助因子的例子,同樣的情況亦見于輔酶與輔基,如3-磷酸甘油醛脫氫酶和乳酸脫氫酶均以NAD+作為輔酶.酶催化反應(yīng)的特異性決定于酶蛋白部分,而輔酶與輔基的作用是參與具體的反應(yīng)過程中氫(H+和e)及一些特殊化學(xué)基團(tuán)的運(yùn)載.
酶的分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是其氨基酸的序列,它決定著酶的空間結(jié)構(gòu)和活性中心的形成以及酶催化的專一性.如哺乳動物中的磷酸甘油醛脫氫酶的氨基酸殘基序列幾乎完全相同,說明相同的一級結(jié)構(gòu)是酶催化同一反應(yīng)的基礎(chǔ).又如消化道的糜蛋白酶,胰蛋白酶和彈性蛋白酶都能水解食物蛋白質(zhì)的肽鍵,但三者水解的肽鍵有各自的特異性,糜蛋白酶水解含芳香族氨基酸殘基提供羧基的肽鍵,胰蛋白酶水解賴氨酸等堿性氨基酸殘基提供羧基的肽鍵,而彈性蛋白酶水解側(cè)鏈較小且不帶電荷氨基酸殘基提供羧基的肽鍵．這三種酶的氨基酸序列分析顯示40％左右的氨基酸序列相同,都以絲氨酸殘基作為酶的活性中心基團(tuán),三種酶在絲氨酸殘基周圍都有G1y-Asp-Ser-Gly-Pro序列,X線衍射研究提示這三種酶有相似的空間結(jié)構(gòu),這是它們都能水解肽鍵的基礎(chǔ).而它們水解肽鍵時(shí)的特異性則來自酶的底物結(jié)合部位上氨基酸組成上有微小的差別所致.圖說明這三個(gè)酶的底物結(jié)合部位均有一個(gè)袋形結(jié)構(gòu),糜蛋白酶該處能容納芳香基或非極性基；胰蛋白酶袋子底部稍有不同其中一個(gè)氨基酸殘基為天冬氨酸取代,使該處負(fù)電荷增強(qiáng),故該處對帶正電荷的賴氨酸或精酸殘基結(jié)合有利；彈性蛋白酶口袋二側(cè)為纈氨酸和蘇氨酸殘基所取代,因此該處只能結(jié)合較小側(cè)鏈和不帶電荷的基團(tuán)．說明酶的催化特異性與酶分子結(jié)構(gòu)的緊密關(guān)系.