酶的这种专一性通常可用酶分子的几何构象给予解释。如麦芽糖酶是一种只能催化麦芽糖水解为两分子葡萄糖的催化剂，这是由于麦芽糖酶的活性部位（即反应发生的位置）能准确地结合一个麦芽糖分子，当两者相遇时，使两个单糖单位相连接的链合变弱，其结果是水分子的进入并发生水解反应。麦芽糖酶不能使蔗糖水解，使蔗糖水解的是蔗糖酶。早年提出“一把钥匙开一把锁”的酶催化锁钥模型。
近年来的研究结果表明，把酶和底物看成刚性分子是不完善的，实际上它们的柔性使二者可以相互识别相互适应而结合。
（4）酶促反应所需要的活化能低，而且催化效率非常高。例如，H2O2分解为H2O和O2所需的活化能是753kJ·mol-1；用胶态铂作催化剂活化能降为49 kJ·mol-1；当用过氧化氢酶催化时的活化能仅需8kJ·mol-1左右，并且H2O2分解的效率可提高109倍！
从酶的化学组成来看，可分成单纯酶和结合酶两大类。单纯酶的分子组成全为蛋白质，不含非蛋白质的小分子物质。如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、核糖核酸酶等都属单纯酶。结合酶的分子组成除蛋白质外，还含有对热稳定的非蛋白质的小分子物质，这种非蛋白质部分叫辅助因子。
酶蛋白与辅助因子结合后所形成的复合物或配合物叫做全酶。辅助因子是这类酶起催化作用的必要条件，缺少了它们，酶的催化作用即行消失，酶蛋白、辅助因子各自单独存在时都无催化作用。酶的辅助因子可以是金属离子\[如Cu（Ⅱ），Zn（Ⅱ），Fe（Ⅲ），Mg（Ⅱ），Mn（Ⅱ）等\]的配合物（如血红素、叶绿素等），也可以是复杂有机化合物。
人体对食物的消化、吸收，通过食物获取能量，以及生物体内复杂的代谢过程都包含许多化学反应，必须有各种不同的酶参与作用。这些专一性的酶组成一系列酶的催化体系，维持生物体内各种代谢过程有规律的进行。
新陈代谢简称代谢。代谢包含物质代谢与能量代谢两部分，实际上两者不可分。物质代谢是泛指生物体与外界不断交换物质的过程，包括从体外吸取养料和物质在体内的变化。狭义的代谢是指物质在细胞中的合成和分解过程，一般称中间代谢。
合成代谢一般是将简单物质变成复杂物质，而分解代谢则是将复杂物质变为简单物质。代谢过程是生命现象的基本物质征。糖、脂肪和蛋白质的合成途径各有不同，但它们的分解途径的共同点是，氧化成CO2和H2O。
生物体是通过物质的氧化获得能量的，但物质氧化时所产生的能量一般不能直接被利用。机体利用能量的方式是将生物氧化系统释放的能量，以高能键的形式贮存在生物体内的ATP中（ATP是核苷酸-三磷酸腺苷英文名称的缩写，其分子是由一分子腺嘌呤，一分子核糖和三分子磷酸连接而成），当需要时再释放出来供各种生理活动和生化反应需用。所以在物质代谢同时也有能量代谢。
生物氧化过程，即是由各种有机物（食物来源）在酶的作用下，氧化生成CO2和H2O并释放也能量的过程。
由于酶的催化作用，生物氧化得以在比较温和的条件下及有水的环境中进行，并且能量主要是以自由能形式逐步释放直接供给需要能量的过程。
通过食物氧化得到的能量主要用于合成ATP。然后在适当的催化剂存在时，ATP将经历三步水解，其提供的能量可用来引起其他化学反应。各种生物活动，如核酸、蛋白质的生物的合成、糖、脂肪、药物等物质的代谢，以及细胞内外物质的转运等等，都有ATP参与。ATP被称为生物体内的能量使者。
对于大多数细胞代谢过程的酶已经有了较多的了解。目前酶学研究中的新领域包括：酶合成的遗传控制与遗传病、许多酶系统的自我调节性质、生长发育及分化中酶的作用与肿瘤及衰老的关系、细胞相互识别过程中酶的作用等等。
四、核酸
核酸是一类多聚核苷酸，它的基本结构单位是核苷酸。采用不同的降解法可以将核酸降解成核苷酸，核苷酸还可进一步分解成核苷和磷酸，核苷再进一步分解生成碱基（含N的杂环化合物）和戊糖。也就是说核酸是由核苷酸组成的，而核苷酸又由碱基、戊糖与磷酸组成。
核酸中的碱基分两大类即嘌呤碱与嘧啶碱。核酸中的戊糖有两类即D-核糖和D-2-脱氧核糖。核酸的分类就是根据核酸中的所含戊糖种类不同而分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类。
RNA中的碱基主要有四种即腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶。DNA中的碱基主要也是四种，三种与RNA中的相同，只是胸腺嘧啶代替了尿嘧啶。
DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核苷酸即脱氧腺嘌呤核苷酸、脱氧鸟嘌呤核苷酸、脱氧胞嘧啶核苷酸和脱氧胸腺嘧啶核苷酸所组成。这四种核苷酸的排列顺序（序列）正是分子生物学家多年来要解决的问题。因为生物的遗传信息贮存于DNA的核苷酸序列中，生物界物种的多样性即寓于DNA分子四种核苷酸千变万化的不同排列之中。
核酸有着几乎多得无限的可能结构，而生物体的遗传特征就反映在DNA分子的结构上，即DNA的结构携带着遗传的全部信息，就是通常所说的DNA携带着遗传的密码。
生物体的遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA的复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育过程中，遗传信息自DNA转录给RNA，然后翻译成特异的蛋白质，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。
所谓复制，就是指以原来DNA分子为模板合成出相同分笔的过程。所谓转录，就是在DNA的分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA的过程。而翻译则是在RNA的控制下，从DNA得来的核苷酸顺序合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链的过程。由于生命活动是通过蛋白质来表现，所以生物的遗传特征实际上是通过DNARNA蛋白质过程传递的，就是遗传信息传递的中心法则。
1953年，英国剑桥大学的Watson和Crick提出了著名的生物遗传物质DNA分子的双螺旋模型，这是生命化学、乃至生物学中的重大里程碑。这一发现为遗传工程的发展奠定了理论基础。
遗传工程从狭义上理解就是指DNA重组技术。即提取或合成不同生物的遗传物质（DNA），在体外切割、拼接和重新组合，然后通过载体将重组的DNA分子引入受体细胞，使重组DNA在受体细胞中得以复制与表达。
从遗传工程的概念看，遗传工程的直接目的就是改造生物，从而使其更好地为人类服务。
例如，作为人类主要食物的谷类作物含有大量糖类，而人体所必需的蛋白质、氨基酸与维生素的含量却很少。有些微生物可以产生这些物质，用大规模发酵的方法培养微生物，进而提取这些物质，就可以进行工业化生产。
采用DNA重组及细胞融合等技术改造了苏氨酸、色氨酸、赖氨酸等氨基酸的生产菌，与原始菌株相比，氨基酸的含量提高了几十倍，且生产成本下降。这些氨基酸产品广泛用于营养食品、助鲜及饲料添加剂等生产，从而部分代替了粮食产品。
又如，生物固氮的遗传工程研究是一个令人神往的重要领域，其目的就是培养出能自行供氮的作物。一切植物的生长都需要氮元素，大气中虽有80%的氮气，但除了豆科植物外，都不能直接利用空气中的分子态的N2。与豆科植物根部共生的根瘤菌可以固定分子态氮并转化成能被植物吸收的状态。
如果把根瘤菌的固氮基因转移到水稻、小麦、玉米等作物细胞中，就有可能使这些作物直接利用空气中的氮，这不仅可提高产量，增加谷类作物的蛋白质含量，而且能大大节省化肥，从而降低生产成本，减轻环境污染。遗传工程研究的开展，将为解决人类面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等基因、遗传信息。
五、脂类
脂类也称脂质。它包括两类物质。一类是脂肪，又名中性脂肪，是由一分子甘油和三分子脂肪酸组成的甘油三酯。另一类是类脂，它与脂肪化学结构不同，但理化性质相似。
在营养学上较重要的类脂有磷脂、糖脂、胆固醇、脂蛋白等。由于脂类中大部分是脂肪，类脂只占5%并且常与脂肪同时存在，因而营养学上常把脂类通称为脂肪。
（一）脂肪酸
脂肪酸是由碳、氢、氧三种元素组成的一类化合物，是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分。根据脂肪酸分子结构中碳链的长度分为短链脂肪酸（碳链中碳原子少于6个），中链脂肪酸（碳链中碳原子6～12个）和长链脂肪酸（碳链中碳原子超过12个）三类。一般食物所含的脂肪酸大多是长链脂肪酸。根据碳链中碳原子间双键的数目又可将脂肪酸分为单不饱和脂肪酸（含1个双键），多不饱和脂肪酸（含1个以上双键）和饱和脂肪酸（不含双键）三类。富含单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸组成的脂肪在室温下呈液态，大多为植物油，如花生油、玉米油、豆油、菜子油等。
以饱和脂肪酸为主组成的脂肪在室温下呈固态，多为动物脂肪，如牛油、羊油、猪油等。但也有例外，如深海鱼油虽然是动物脂肪，但它富含多不饱和脂肪酸，如20碳5烯酸（EPA）和22碳6烯酸（DHA），因而在室温下呈液态。下表是一些常用油脂的脂肪酸组成。
1.必需脂肪酸
自然界存在的脂肪酸有40多种。有几种脂肪酸人体自身不能合成，必须由食物供给，称为必需脂肪酸。以往认为亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸这三种多不饱和脂肪酸都是必需脂肪酸。
近年来的研究证明只有亚油酸和亚麻酸是必需脂肪酸，而花生四烯酸则可利用亚油酸由人体自身合成。有以下几个方面的作用：（1）是细胞膜的重要成分，缺乏时发生皮炎，对儿童还影响其生长发育。
（2）是合成磷脂和前列腺素的原料，还与精细胞的生成有关。
（3）促进胆固醇的代谢，防止胆固醇在肝脏和血管壁上沉积。
（4）对放射线引起的皮肤损伤有保护作用。
2.胆固醇
胆固醇是类脂的一种。它在人体内的重要生理功能包括：（1）是细胞膜的组成成分，细胞吸收养分、排出代谢废物都由细胞膜控制。
（2）是合成胆汁酸和维生素D3的原料，前者可帮助脂肪消化吸收，后者可预防儿童佝偻病。
（3）是合成类固醇激素的原料，特别是性激素和肾上腺皮质激素。这些激素对人体的健康和人类的繁衍都是不可或缺的。
人体胆固醇来自膳食和体内合成。体内合成量受膳食胆固醇水平影响，膳食胆固醇摄入过多时体内合成量减少，摄入过少时体内合成量增多。胆固醇在肝脏内经过分解代谢随粪便排出。正常情况下，胆固醇在血液中维持一个恰当的水平。当脂质代谢发生异常或膳食胆固醇摄入量超过身体调节能力时，血液中的胆固醇浓度就会升高并逐渐在血管内壁上沉积而引起血管腔狭窄和心血管病。
这时，除药物治疗外还应限制富含胆固醇的食物。但在脂质代谢正常的情况下无须过分限制，因为胆固醇也是人体不可缺少的营养物质。
3.鱼油中的EPA和DHA
如前所述，这两种脂肪酸都是多不饱和脂肪酸。近年来它们之所以引起人们重视是因为发现居住在北极圈内的爱斯基摩人的膳食虽然以鱼、肉为主，脂肪、能量和胆固醇摄入量都很高，但冠心病、糖尿病的发生率和死亡率都远低于其他地区的人群。
经研究发现，鱼油中富含EPA和DHA，它们有降低胆固醇，增加高密度脂蛋白的作用，而高密度脂蛋白是一种能移去血管壁上积存的胆固醇，疏通血管的物质。它们还有抑制血小板聚集、降低血黏度和扩张血管等作用。
动物实验还发现DHA可促进脑的发育，据此推测对儿童的生长发育很可能也有好处。
有些植物油中含量丰富的亚麻酸在体内可以转变成EPA和DHA，与深海鱼油所含的EPA和DHA有同样的生物效用。
（二）脂肪的生理功能
概括起来，脂肪有以下几方面生理功能：
（1）供给能量1克脂肪在体内分解成二氧化碳和水并产生38KJ（9Kcal）能量，比1克蛋白质或1克碳水化合物高一倍多。
（2）构成一些重要生理物质磷脂、糖脂和胆固醇构成细胞膜的类脂层，胆固醇又是合成胆汁酸、维生素D3和类固醇激素的原料。
（3）维持体温和保护内脏皮下脂肪可防止体温过多向外散失，也可阻止外界热能传导到体内，有维持正常体温的作用。内脏器官周围的脂肪垫有缓冲外力冲击保护内脏的作用。
（4）提供必需脂肪酸。
（5）脂溶性维生素的重要来源鱼肝油和奶油富含维生素A、D，许多植物油富含维生素E。脂肪还能促进这些脂溶性维生素的吸收。
（6）增加饱腹感脂肪在胃肠道内停留时间长，所以有增加饱腹感的作用。
（三）脂肪营养价值的评定
营养学上根据以下三项指标评价一种脂肪的营养价值：（1）消化率一种脂肪的消化率与它的熔点有关，含不饱和脂肪酸越多熔点越低，越容易消化。因此，植物油的消化率一般可达到100%。动物脂肪，如牛油、羊油，含饱和脂肪酸多，熔点都在40℃以上，消化率较低，约为80％～90％。
（2）必需脂肪酸含量植物油中亚油酸和亚麻酸含量比较高，营养价值比动物脂肪高。
（3）脂溶性维生素含量动物的贮存脂肪几乎不含维生素，但肝脏富含维生素A和D，奶和蛋类的脂肪也富含维生素A和D。植物油富含维生素E。这些脂溶性维生素是维持人体健康所必需的。
（四）脂肪的供给量和来源
1.脂肪的供给量
脂肪无供给量标准。不同地区由于经济发展水平和饮食习惯的差异，脂肪的实际摄入量有很大差异。我国营养学会建议膳食脂肪供给量不宜超过总能量的30%，其中饱和、单不饱和、多不饱和脂肪酸的比例应为1∶1∶1。亚油酸提供的能量能达到总能量的1%～2%即可满足人体对必需脂肪酸的需要。
2.脂肪的来源
脂肪的主要来源是烹调用油脂和食物本身所含的油脂。在日常几种食物中的脂肪含量中果仁脂肪含量最高，各种肉类居中，米、面、蔬菜、水果中含量很少。
（五）基因、遗传信息
基因是具有遗传功能的单元，一个基因是DNA片段中核苷酸碱基特定的序列，此序列载有某特定蛋白质的遗传信息。人们形象的将DNA碱基序列称为遗传编码，DNA序列分析是揭开遗传密码的关键，也是基因研究的基础。