Enzimi i supstrati povezani su na dva ključna načina jer često međusobno djeluju u mnogim biološkim procesima. Prvo, enzimi i supstrati su često specifični jedni za druge, posjedujući komplementarne oblike koji im omogućuju vezanje. Drugo, enzimi mogu mijenjati supstrate kataliziranjem kemijskih reakcija ili modificiranjem struktura. Zajedno prolaze transformacije, uključujući kompleks enzimskog supstrata (ES), međustanja i prijelazna stanja.
Smatra se da u ljudskom tijelu postoji oko 75,000 XNUMX enzima, od kojih su mnogi specifični za određene supstrate. Enzimi i supstrati se međusobno vežu povezujući se kroz različite interakcije, uključujući vodikove veze, hidrofobne interakcije i kovalentne veze. Ovo početno vezanje naziva se modelom induciranog uklapanja, a ne modelom brave i ključa, jer se svaka molekula mijenja kao odgovor na vezanje s drugom molekulom kako bi formirala novi trodimenzionalni oblik. Zajedno, enzim i supstrat čine ES kompleks u kojem se mogu dogoditi kemijske reakcije.
Tijekom katalizirane reakcije, enzimi i supstrati međusobno djeluju kako bi se dobili novi proizvodi. Dok enzim ostaje nepromijenjen nakon završetka reakcije, supstrat se često modificira, ponekad se potpuno mijenja u novu molekulu ili molekule. Unatoč tome što je ostao nepromijenjen, enzim igra glavnu ulogu u kemijskim reakcijama koje se odvijaju jer smanjuje aktivacijsku energiju za nastavak reakcije. To znači da je energija prisutna u kemijskim interakcijama enzima i supstrata dovoljna za prevladavanje energetske prepreke reakcije.
Tijekom reakcije, enzimi i supstrati prolaze kroz različite faze. Neki od njih, poznati kao srednji stupnjevi ili kemijski intermedijari, uključuju stvaranje novih, prolaznih molekula. Enzim ih može stabilizirati i katalizirati daljnje reakcije za promjenu tih molekula u željene produkte.
Prijelazna stanja su drugi kompleksi formirani između enzima i supstrata koji su nevjerojatno kratkotrajni i visokoenergetski. Često se javljaju u trenutku kidanja veze, reformacije ili preuređivanja u reakciji. Enzimi su često strukturirani tako da smanjuju energiju prijelaznih stanja kroz stabilizacijske veze, a često je to smanjenje energije ono što smanjuje energiju aktivacije reakcije.
Iako postoji mnogo parova enzimskih supstrata, mnogi enzimi mogu odgovarati višestrukim supstratima. Zapravo, potrebno je mnogo enzima da se dva supstrata spoje u jednu molekulu ili da se jedan supstrat razbije u dvije rezultirajuće molekule proizvoda. Postoje i mnogi enzimi koji su nespecifični, što znači da mogu ciljati više od jednog supstrata, ovisno o uvjetima unutar stanice.