酶作為生物催化劑和一般催化劑相比,在許多方面是相同的。如用量少而催化效率高。和一般催化劑一樣,酶僅能改變化學反應的速度,并不能改變化學反應的平衡點,酶在反應前后本身不發(fā)生變化,所以在細胞中相對含量很低的酶在短時間內(nèi)能催化大量的底物發(fā)生變化,體現(xiàn)酶催化的高效性。酶可降低反應的活化能(activation energy),但不改變反應過程中自由能的變化(△G),因而使反應速度加快,縮短反應到達平衡的時間,但不改變平衡常數(shù)(equilibrium constant)。
酶的催化作用與一般催化劑相比,又表現(xiàn)出特有的特征。
(一)酶催化的高效性
酶的催化活性比化學催化劑的催化活性要高出很多。如過氧化氫酶(catalase)(含F(xiàn)e2 )和無機鐵離子都催化過氧化氫發(fā)生如下的分解反應。1 mol的過氧化氫酶,1 min內(nèi),可催化5×106 mol的H2O2分解。同樣條件下,1 mol的化學催化劑Fe2 ,只能催化6×10-4 mol的H2O2分解。二者相比,過氧化氫酶的催化效率大約是Fe2 的1010倍。
酶催化效率的高低可用轉換數(shù)(turnover number)的概念來表示。轉換數(shù)是指底物濃度足夠大時,每分鐘每個酶分子能轉換底物的分子數(shù),即催化底物發(fā)生化學變化的分子數(shù)。根據(jù)上面介紹的數(shù)據(jù),可以算出過氧化氫酶的轉換數(shù)為5×106。大部分酶的轉換數(shù)在1 000左右,最大的可達106以上。
(二)酶催化的高度專一性
一種酶只能作用于某一類或某一種特定的物質(zhì)。這就是酶作用的專一性(specificity)。如糖苷鍵、酯鍵、肽鍵等都能被酸堿催化而水解,但水解這些化學鍵的酶卻各不相同,分別為相應的糖苷酶、酯酶和肽酶,即它們分別被具有專一性的酶作用才能水解。
(三)酶催化的反應條件溫和
酶促反應一般要求在常溫、常壓、中性酸堿度等溫和的條件下進行。因為酶是蛋白質(zhì),在高溫、強酸、強堿等環(huán)境中容易失去活性。由于酶對外界環(huán)境的變化比較敏感,容易變性失活,在應用時,必須嚴格控制反應條件。
(四)酶活性的可調(diào)控性
與化學催化劑相比,酶催化作用的另一個特征是其催化活性可以自動地調(diào)控。生物體內(nèi)進行的化學反應,雖然種類繁多,但非常協(xié)調(diào)有序。底物濃度、產(chǎn)物濃度以及環(huán)境條件的改變,都有可能影響酶催化活性,從而控制生化反應協(xié)調(diào)有序的進行。任一生化反應的錯亂與失調(diào),必將造成生物體產(chǎn)生疾病,嚴重時甚至死亡。生物體為適應環(huán)境的變化,保持正常的生命活動,在漫長的進化過程中,形成了自動調(diào)控酶活性的系統(tǒng)。酶的調(diào)控方式很多,包括抑制劑調(diào)節(jié)、反饋調(diào)節(jié)、共價修飾調(diào)節(jié)、酶原激活及激素控制等。
(五)酶催化的活性與輔酶、輔基和金屬離子有關
有些酶是復合蛋白質(zhì),其中的小分子物質(zhì)輔酶(coenzyme)、輔基(cofactor)及金屬離子與酶的催化活性密切相關。若將它們除去,酶就失去活性。