Enzimele și substraturile sunt legate în două moduri cheie, deoarece interacționează frecvent între ele în multe procese biologice. În primul rând, enzimele și substraturile sunt adesea specifice unele pentru altele, având forme complementare care le permit să se lege. În al doilea rând, enzimele pot modifica substraturile prin catalizarea reacțiilor chimice sau modificarea structurilor. Împreună, ei suferă transformări, inclusiv complexul de substrat enzimatic (ES), stări intermediare și stări de tranziție.
Se crede că există aproximativ 75,000 de enzime în corpul uman, dintre care multe sunt specifice anumitor substraturi. Enzimele și substraturile se leagă între ele asociindu-se prin diferite interacțiuni, inclusiv legături de hidrogen, interacțiuni hidrofobe și legături covalente. Această legare inițială este denumită un model de potrivire indusă, mai degrabă decât un model de blocare și cheie, deoarece fiecare moleculă se modifică ca răspuns la legarea cu cealaltă moleculă pentru a forma o nouă formă tridimensională. Împreună, enzima și substratul cuprind complexul ES, în care pot avea loc reacții chimice.
În timpul unei reacții catalizate, enzimele și substraturile interacționează pentru a produce noi produse. În timp ce enzima rămâne neschimbată după ce reacția este completă, substratul este adesea modificat, uneori transformându-se complet într-o moleculă sau molecule noi. În ciuda faptului că rămâne neschimbată, enzima joacă un rol major în reacțiile chimice care au loc, deoarece scade energia de activare pentru ca reacția să continue. Aceasta înseamnă că energia prezentă în interacțiunile chimice ale enzimei și substratului este suficientă pentru a depăși obstacolul energetic al reacției.
Pe parcursul reacției, enzimele și substraturile trec prin diferite etape. Unele dintre acestea, cunoscute ca stadii intermediare sau intermediari chimici, implică formarea de noi molecule tranzitorii. Enzima este capabilă să le stabilizeze și să catalizeze reacții ulterioare pentru a schimba aceste molecule în produsele dorite.
Stările de tranziție sunt alte complexe formate între enzime și substraturi care sunt incredibil de scurte și de mare energie. Ele apar frecvent în momentul ruperii, reformarii sau rearanjarea legăturii în reacție. Enzimele sunt adesea structurate pentru a reduce energia stărilor de tranziție prin legături stabilizatoare și adesea această reducere a energiei este cea care scade energia de activare a reacției.
Deși există multe perechi de substrat enzimatic, multe enzime pot corespunde cu mai multe substraturi. De fapt, multe enzime sunt necesare pentru a uni două substraturi împreună într-o singură moleculă sau pentru a rupe un singur substrat în două molecule de produs rezultate. Există, de asemenea, multe enzime care sunt nespecifice, ceea ce înseamnă că pot viza mai mult de un substrat, în funcție de condițiile din interiorul celulei.