Enzymy i substraty są powiązane na dwa kluczowe sposoby, ponieważ często wchodzą ze sobą w interakcje w wielu procesach biologicznych. Po pierwsze, enzymy i substraty są często dla siebie specyficzne, posiadają komplementarne kształty, które umożliwiają im wiązanie. Po drugie, enzymy mogą zmieniać substraty poprzez katalizowanie reakcji chemicznych lub modyfikowanie struktur. Razem przechodzą transformacje, w tym kompleks substratu enzymatycznego (ES), stany pośrednie i stany przejściowe.
Uważa się, że w ludzkim ciele znajduje się około 75,000 XNUMX enzymów, z których wiele jest specyficznych dla określonych substratów. Enzymy i substraty wiążą się ze sobą poprzez różne interakcje, w tym wiązania wodorowe, interakcje hydrofobowe i wiązania kowalencyjne. To początkowe wiązanie jest określane jako model indukowanego dopasowania, a nie model typu „zamek i klucz”, ponieważ każda cząsteczka zmienia się w odpowiedzi na wiązanie z inną cząsteczką, tworząc nowy trójwymiarowy kształt. Enzym i substrat tworzą razem kompleks ES, w którym mogą zachodzić reakcje chemiczne.
Podczas katalizowanej reakcji enzymy i substraty oddziałują, tworząc nowe produkty. Podczas gdy enzym pozostaje niezmieniony po zakończeniu reakcji, substrat jest często modyfikowany, czasami całkowicie zmieniając się w nową cząsteczkę lub cząsteczki. Pomimo tego, że pozostaje niezmieniony, enzym odgrywa główną rolę w zachodzących reakcjach chemicznych, ponieważ obniża energię aktywacji, aby reakcja przebiegała. Oznacza to, że energia obecna w chemicznych interakcjach enzymu i substratu jest wystarczająca do pokonania bariery energetycznej reakcji.
W trakcie reakcji enzymy i substraty przechodzą przez różne etapy. Niektóre z nich, znane jako etapy pośrednie lub półprodukty chemiczne, obejmują tworzenie nowych, przejściowych cząsteczek. Enzym jest w stanie je stabilizować i katalizować dalsze reakcje, aby zmienić te cząsteczki w pożądane produkty.
Stany przejściowe to inne kompleksy utworzone między enzymami a substratami, które są niezwykle krótkotrwałe i wysokoenergetyczne. Często pojawiają się w momencie zerwania wiązania, przekształcenia lub przegrupowania w reakcji. Enzymy są często skonstruowane tak, aby zmniejszyć energię stanów przejściowych poprzez wiązania stabilizujące, a często ta redukcja energii obniża energię aktywacji reakcji.
Chociaż istnieje wiele par substratów enzymatycznych, wiele enzymów może odpowiadać wielu substratom. W rzeczywistości potrzeba wielu enzymów, aby połączyć dwa substraty w jedną cząsteczkę lub rozbić pojedynczy substrat na dwie powstałe cząsteczki produktu. Istnieje również wiele enzymów, które są niespecyficzne, co oznacza, że mogą atakować więcej niż jeden substrat, w zależności od warunków w komórce.