1961年国际酶学会（IEC）根据酶催化反应的类型将酶分为六大类，制定了系统命名法，规定每一种酶只有一个系统名称和系统标号，系统标号由四个数字组成，如脂肪酶的系统标号为 EC 3.1.1.3。六大类酶主要是催化反应性质不同，催化氧化还原反应的酶称为氧化还原酶类，包括氧化酶和还原酶；催化底物之间进行某些基团的转移或交换的酶类称为转移酶类，如转氨酶，葡萄糖转移酶等；催化底物发生水解反应的酶类称为水解酶类，如脂肪酶、淀粉酶、蛋白酶、磷酸酶等；催化从底物移去一个基团并留下双键的反应或其逆反应的酶类称为裂解酶类，如脱水酶、脱羧酶，醛缩酶等；催化各种同分异构体、几何异构体或光学异构体之间相互转化的酶类称为异构酶类，如异构酶、消旋酶等；还有合成酶类，如DNA连接酶，tRNA连接酶等。
1961年国际酶学会规定了酶的活力单位：1个酶活力单位是指在特定条件（25℃，其它为最适条件）下，在1min内能转化1μmol底物的酶量，或是转化底物中1μmol的有关基团的酶量。因此，酶的活性就是酶的催化能力的大小。测定酶活性的方法有很多，不同的酶生产厂家也使用不同的方法测定酶的活性。国际临床化学联合会（IFCC）和各国家级协会推荐的酶活性测定的标准化参考方法是连续监测法，即用适当的仪器连续检测整个酶促反应中的底物消耗或者产物的生成量，一般是每十五秒到一分钟检测一次，随着时间变化可以求出酶促反应速度。
酶的活性中心（active center）是酶蛋白构象的一个特定区域，只是酶分子中的很小部分，能与底物相结合并催化底物转变为产物。酶蛋白分子上只有少数氨基酸残基与催化作用有关，大部分氨基酸残基并不与底物接触。酶的活性中心具有特定的三维空间结构，或为裂缝/凹陷，多为氨基酸的疏水基团组成的疏水环境。
酶作为具有特殊性能的生物催化剂，受到学术界与工业界高度重视。据统计，酶制剂全球产值约为100亿美元，市场潜力大概在千亿美元，酶的品种和应用正处在快速增长阶段，年复合增长率超过10%。人们于20世纪初开始将酶应用于临床诊断，到现在已经有一百多年历史。1900年，人们发现血清脂肪酶活性的升高对于急性胰腺炎有特异的诊断价值，1904年 Wohlge-muth 记述了急性胰腺炎病人的血清与尿中淀粉酶活性升高。1959年Karmen，La Due Wroblewski等人先后证实转氨酶对肝炎和心肌梗死有诊断价值。后来学者们针对人体特定组织器官如心脏、肝脏、肌肉、肾脏、血液等发生病变与重要代谢酶的关系做了研究，并且确定了这些特定组织器官发生病变时与病人血中酶活性变化的关系。
我国人民使用酶的历史虽然悠久，但是因为工业发展相对发达国家滞后，酶工业化快速发展是近几十年的事。虽然我国人民将酶用于疾病治疗有上千年的历史，但是诊断酶学的研究却开始于20世纪30年代，发展到80年代后，工具酶检验试剂盒开始生产和普及，并且引进自动和半自动生化检测仪，在血液生化成分如血糖、血脂等酶法测定，还有其他体液酶和同工酶方面的检测都得到了大幅度的发展。
体外诊断试剂又被称为“医生的眼睛”，其质量水平影响到临床诊断的准确性和速度，进而一定程度上影响疾病的治疗效果。而酶诊断方法可靠，便捷，所以在临床诊断上得到广泛应用，一方面根据体内与疾病有关的酶活性变化来诊断某些疾病，例如测定转氨酶活性变化来诊断肝病；另一方面利用酶来测定体内与疾病有关的物质的量来对疾病进行诊断，例如利用葡萄糖氧化酶测定血糖含量来诊断糖尿病。
迄今为止，应用于诊断的酶类达多100多种，在医院检验科中应用诊断酶量最大的是常规的生化检验，例如：肝功，肾功，心肌酶和血脂，这四项又统称为大生化，其中有诊断价值的酶有12-15种。
表4.9-3，13种酶与疾病的关系
随着酶工程技术的发展，人们将葡萄糖氧化酶，葡萄糖脱氢酶，尿素酶和胆固醇酯酶等制备固定化酶，应用于生物传感器/POCT，用于测定血糖、尿酸、胆固醇的测定，检测方法更加便捷，方便。
目前，酶标免疫技术在临床诊断得到广泛应用，首先将酶与抗原抗体相结合，制备成酶标记的抗原或抗体。测定时，利用酶标抗体（或酶标抗原）与待测样品中的抗原（或抗体）相结合，再借助标记的酶催化特定反应，测定出在酶-抗体-抗原结合物中的酶的含量。通过抗原抗体的量可以诊断某种疾病。在酶标免疫测定中，最常使用的标记酶是辣根过氧化物酶HRP和碱性磷酸酶AP。碱性磷酸酶AP一般有两种来源，一种是从牛肠中提取的（Roche和BBI Solutions 可以提供牛肠中提取的AP），一种是微生物来源的（Roche和Sekisui Diagnostics 可以提供微生物来源的重组AP）。利用酶标免疫测定，可以诊断肠虫、毛线虫、血吸虫等寄生虫病，以及疟疾，麻疹，乙型肝炎等疾病。
目前，国内体外诊断生产企业采购的诊断酶原料主要依赖于进口。诊断酶的主要供应商为Roche，TOYOBO，Sekisui Diagnostic（原Genzyme Diagnostic），AsahiKASEI，BBI Solutions等。近几年，因为生化诊断市场竞争趋于红海，为了控制上游成本，有些诊断企业开设原料研发部门，生产出的原料酶应用于内部生产，从而控制成本，控制原料质量，控制上游原料供应风险。
一般体外诊断生产商需要采购大量的诊断酶作为原料，由于生物体内酶的含量低，不能适应工业化生产的需要，酶的生产厂家很多采用微生物的发酵来制取，在适宜的条件下，选育出所需要的菌种，让其进行繁殖，通过发酵工艺获得大量的酶。
酶发酵工艺图示：
2.2 分子诊断酶、引物、探针等
近年来，全球分子诊断市场增长快速，复合增长率高达11%，是体外诊断产业中增长最快的领域，也是未来最有潜力的发展方向之一。本小节主要对分子诊断产业链上游原料展开分析。诊断酶、引物、反转录酶和探针等是分子诊断上游的核心原料，目前国内分子诊断企业原料采购主要依靠进口，国际上分子诊断核心原料供应商主要有Roche （KAPA systems），Thermofisher（Life Tech，ABI，Invitrogen etc.），Qiagen（Enzymetics），Meridian Life science，Sekisui Diagnostics（Former Genzyme Dianostics），Takara（Clonetech Labs）等，随着国内生物技术的快速发展，国内的分子生物学生产企业（例如：菲鹏，近岸蛋白等）也陆续开发出应用于分子诊断的酶。
分子诊断技术主要是聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction简称PCR），核酸分子杂交技术和生物芯片技术。其中，PCR产品占据分子诊断领域的主要市场。
聚合酶链式反应原理凭借灵敏度高、特异性强、快速诊断的特点荣获93年诺贝尔化学奖，由于PCR可以进行定性、定量检测，因而可广泛用于遗传病基因、肝炎、细菌、病毒和肿瘤等检测。因PCR在病原体检测方面的独特优势，成为分子生物学诊断的主流。参加PCR反应的物质主要有五种，分别是Taq DNA 聚合酶、引物、dNTP（dATP， dCTP, dGTP, dTTP, dUTP）、模板和缓冲液（其中含镁离子）。PCR反应中，DNA高温时变性解链，低温时又复性成双链，设计引物作为启动子，同时变化温度控制DNA的变性和复性，加入DNA聚合酶和dNTP就可以完成特定基因的体外复制。在扩增目的基因的过程中，温度变化从50-90度，变化很大，然而DNA聚合酶不耐高温，每次循环需要重新加入新的DNA聚合酶，用量大成本高，操作繁琐，制约了PCR技术的进一步发展。1973年我国台湾科学家钱嘉韵从水生栖热菌（Thermus aquaticus）中成功分离出了耐高温的Taq DNA 聚合酶，简称Taq酶。该酶90度高温不失活，不需要每次循环重新加入新的酶，大大简化了PCR技术，降低了成本，使得PCR技术广泛应用并进一步应用于临床诊断。 Taq酶主要分为三类，高特异性Taq酶，高保真Taq酶和高耐热性Taq酶。高特异性Taq酶的代表是热启动Taq酶，是必需经过高温才能启动的酶，在初始循环变性前热启动Taq酶没有活性，不会产生非特异扩增，大大提高了PCR扩增的特异性。目前企业常用的热启动Taq酶是通过内部改造的重组酶，如Qiagen公司的HotStar Taq酶，Sekisui Diagnostics公司的HS Taq 酶等，真正实现便利的热启动，无需别的辅助抑制物，使用更加方便高效。
分子诊断对PCR高保真性要求很高，错配率是检验高真性的一个标准，错配率越低高真性越高，高保真Taq酶具有3’-5’核酸外切酶的活性，错配途中可以切掉错配的碱基，保证了扩增的准确性。目前市场上使用的高保真酶主要有两类，一类是TAKARA（Clontech）公司生产的混合型高保真酶，就是将带有Proofreading活性的酶与普通Taq酶混合。另一类是单一型的保真酶，具备更高的保真性，如Qiagen公司的ProofStart DNA聚合酶，NEB公司的Vent DNA聚合酶。NEB公司还提供高耐热性Taq酶，如Vent和Deep Vent DNA聚合酶系列，对于有些模板变性温度较高，需要时间较长，就需要此类高耐热性Taq酶。
几乎所有的Taq酶都带有相应的反应缓冲液，缓冲液的品质对保证Taq酶特异性扩增起的作用不容小觑。目前生产厂家一般有两种Taq DNA聚合酶供应，一种是从栖热水生杆菌中提取的天然酶，一种是大肠杆菌合成的基因工程酶。一般来说一个典型的PCR反应，所需要的酶量是2.5U（总反应体积为100ul）。浓度过高可引起非特异性扩增，浓度过低则合成产物量减少。
实时荧光定量PCR是聚合酶链式反应（PCR）广泛应用的一种变形。实时荧光定量PCR通过荧光染料或者荧光标记的特异性探针，对PCR产物进行标记跟踪，实时在线监控反应过程，最后结合相应的软件通过标准曲线对未知模板进行定量分析。实时荧光定量PCR可以实时定量检测致病病原体基因核酸，一般来说，它比化学发光、蛋白芯片等免疫学方法更具独到优势。
实时荧光定量PCR标记的方法有内掺式染料（荧光染料SYBR Green I），序列特异性探针（Taqman Probe）和引物特异性探针（Amplifluor Probe）。SYBR Green使用方便，不必设计复杂的引物，成本低，灵敏度高，可以用于不同的模板，没有序列特异性。Taqman探针对目标序列有很高的特异性，所以特别适合SNP检测，目前应用非常广泛。与普通PCR相比，实时荧光定量PCR全程监控，定量准确，引物和探针同时与模板特异性结合特异性高，荧光检测灵敏度更高，无需跑胶自动化程度也更高。
诊断酶作为体外诊断生产商的核心原料，对于生产成本，产品质量和稳定性有着决定性的影响。由于诊断酶技术门槛高，自主研发难度大，目前体外诊断生产企业主要进口诊断酶，国际上主要的诊断酶生产厂家都有几十年的历史，酶产品质量稳定，批间差小，但是存在价格高，货期长等弊端。酶作为特殊蛋白质维系生命过程，所以酶的研究对生命科学发展非常重要；酶作为生物催化剂在各个领域被广泛应用，尤其是在医疗诊断尤其是在临床诊断领域的应用，对提高人们的健康生活水平具有重大意义。
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