Στη βιολογία, ένας από τους παράγοντες που καθορίζουν ένα ζωντανό πράγμα από ένα άψυχο αντικείμενο είναι η ικανότητα του οργανισμού να πραγματοποιεί χημικές αντιδράσεις που είναι κρίσιμες για την επιβίωσή του. Ακόμη και οι μονοκύτταροι οργανισμοί είναι ικανοί για εκατοντάδες χημικές αντιδράσεις μέσα στα κυτταρικά τους τοιχώματα. Φανταστείτε τον άπειρο αριθμό αντιδράσεων που πραγματοποιεί ένας μεγάλος οργανισμός όπως ο άνθρωπος. Καμία από αυτές τις αντιδράσεις δεν είναι δυνατή χωρίς ένζυμα.
Τα ένζυμα είναι βιολογικοί καταλύτες ή βοηθοί. Τα ένζυμα αποτελούνται από διάφορους τύπους πρωτεϊνών που λειτουργούν για να οδηγήσουν τη χημική αντίδραση που απαιτείται για μια συγκεκριμένη δράση ή θρεπτικό συστατικό. Τα ένζυμα μπορούν είτε να ξεκινήσουν μια αντίδραση είτε να την επιταχύνουν. Οι χημικές ουσίες που μετασχηματίζονται με τη βοήθεια ενζύμων ονομάζονται υποστρώματα. Ελλείψει ενζύμων, αυτές οι χημικές ουσίες ονομάζονται αντιδρώντα.
Για να απεικονιστεί η ταχύτητα και η αποτελεσματικότητα των ενζύμων, τα υποστρώματα μπορούν να μετατραπούν σε χρησιμοποιήσιμα προϊόντα με ρυθμό δέκα φορές ανά δευτερόλεπτο. Λαμβάνοντας υπόψη ότι υπάρχουν περίπου 75,000 διαφορετικά ένζυμα στο ανθρώπινο σώμα, αυτές οι χημικές αντιδράσεις πραγματοποιούνται με εκπληκτικό ρυθμό. Από την άλλη πλευρά, ελλείψει ενζύμων, τα αντιδρώντα μπορεί να χρειαστούν εκατοντάδες χρόνια για να μετατραπούν σε χρησιμοποιήσιμο προϊόν, εάν είναι σε θέση να το κάνουν καθόλου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα ένζυμα είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της ζωής στη γη.
Γενικά, τα ένζυμα λειτουργούν στα υποστρώματα με έναν από τους τρεις τρόπους: προσανατολισμό του υποστρώματος, φυσική καταπόνηση και αλλαγές στην αντιδραστικότητα του υποστρώματος. Ο προσανατολισμός του υποστρώματος συμβαίνει όταν ένα ένζυμο προκαλεί τα μόρια του υποστρώματος να ευθυγραμμιστούν μεταξύ τους και να σχηματίσουν έναν δεσμό. Όταν ένα ένζυμο χρησιμοποιεί φυσική πίεση σε ένα υπόστρωμα, στην πραγματικότητα πιάνει το υπόστρωμα και αναγκάζει το μόριο να διασπαστεί. Ένα ένζυμο που προκαλεί αλλαγές στην αντιδραστικότητα του υποστρώματος αλλάζει την τοποθέτηση των ηλεκτρονίων του μορίου, γεγονός που επηρεάζει την ικανότητα του μορίου να συνδέεται με άλλα μόρια.
Τα ένζυμα έχουν ενεργές θέσεις όπου έρχονται σε επαφή με συγκεκριμένα υποστρώματα. Οι καταλυτικές ιδιότητες των ενζύμων είναι μια κυκλική διαδικασία. Μόλις ένα υπόστρωμα έρθει σε επαφή με την ενεργό θέση ενός ενζύμου, τροποποιείται από το ένζυμο για να σχηματίσει το τελικό προϊόν. Μόλις ολοκληρωθεί η διαδικασία, το ένζυμο απελευθερώνει το προϊόν και είναι έτοιμο να ξεκινήσει τη διαδικασία με νέα υποστρώματα. Τα ένζυμα δεν χάνονται ποτέ και πάντα ανακυκλώνονται.
Η απουσία ενζύμων ευθύνεται για πολλές ασθένειες. Στους ανθρώπους, μια τραγική ασθένεια που ονομάζεται φαινυλκετονουρία (PKU), η οποία προκαλεί σοβαρή νοητική υστέρηση, ακόμη και θάνατο στα βρέφη, είναι το αποτέλεσμα της απουσίας ενός τύπου ενζύμου. Η νόσος Tay-Sachs είναι ένα παρόμοιο τραγικό αποτέλεσμα ανεπάρκειας ενζύμου. Προκαλεί καθυστέρηση, παράλυση και συχνά θάνατο στην πρώιμη παιδική ηλικία όταν αφεθεί χωρίς θεραπεία.
Η ικανότητά μας να αλλάζουμε τα ένζυμα αναστέλλοντας τις λειτουργικές τους ικανότητες έχει οδηγήσει σε εκατοντάδες φάρμακα που σώζουν ζωές. Ένα παράδειγμα είναι η πενικιλίνη, ένα πολύ γνωστό αντιβιοτικό που μπορεί να θεραπεύσει τη σύφιλη, την πνευμονία και άλλες ασθένειες. Η πενικιλίνη δρα δεσμεύοντας τις ενεργές θέσεις των ενζύμων των βακτηρίων που προκαλούν την ασθένεια, καταστρέφοντας τελικά την ικανότητα των βακτηρίων να επιβιώνουν και να αναπαράγονται.