同工酶是同一生物催化相同反应的不同的酶分子。比如人体中的乳酸脱氢酶(LDH),心肌和骨骼肌的LDH结构和功能不同,但都催化同一反应,所以叫同工酶,就是说同一种工作,由不同的分子承担。虽然承担同一种工作,但他们实现的生理功能是不同的:骨骼肌的同工酶主要催化丙酮酸生成乳酸,以维持肌肉的高速酵解,为运动供能;心肌的同工酶则主要用来氧化乳酸。所以把他们称为“同功酶”是不妥当的。
同工酶具有相同或相似的活性中心,但其理化性质和免疫学性质不同。同工酶的细胞定位、专一性、活性及其调节方式都可有所不同。骨骼肌的LDH对丙酮酸的Km较高,且不受底物抑制,所以在持续运动时,肌肉中丙酮酸大量积累,此时骨骼肌LDH可高速催化生成乳酸,维持肌肉的高速酵解,为运动供能。心肌的LDH对丙酮酸的 Km小,随底物增加很快饱和,而且其活性受丙酮酸抑制,所以心肌中丙酮酸大量积累时LDH活性下降,生成乳酸很少,以防酸中毒。而当骨骼肌产生的乳酸被血液送到心肌时,心肌的LDH就可以将其还原为丙酮酸。所以心肌LDH主要用于乳酸的氧化。
当然,这种调控方式的建立也是因为丙酮酸与乳酸本来就处于可逆平衡,而且两个组织中NAD/NADH比例不同。酶并不能改变化学平衡,它对于正反应和逆反应是同样加速的。骨骼肌高速酵解的时候,不但丙酮酸浓度升高,而且NAD含量下降,NADH升高,所以平衡倾向于还原(这里LDH的主要作用就是NAD的再生);心肌并不会像骨骼肌那样高速酵解,所以NADH含量较低,平衡就倾向于氧化。而在,当丙酮酸含量升高,NADH也足够多,平衡倾向还原时,心肌LDH活性还会被底物抑制,相当于关闭了逆反应通道。由此可见,酶的代谢调控作用对生物体适应复杂的环境非常重要。