Entsyymit ja substraatit liittyvät toisiinsa kahdella keskeisellä tavalla, koska ne ovat usein vuorovaikutuksessa keskenään monissa biologisissa prosesseissa. Ensinnäkin entsyymit ja substraatit ovat usein spesifisiä toisilleen, ja niillä on täydentäviä muotoja, jotka mahdollistavat niiden sitoutumisen. Toiseksi entsyymit voivat muuttaa substraatteja katalysoimalla kemiallisia reaktioita tai muokkaamalla rakenteita. Yhdessä ne käyvät läpi muutoksia, mukaan lukien entsyymisubstraatti (ES) -kompleksi, välitilat ja siirtymätilat.
Ihmiskehossa uskotaan olevan noin 75,000 XNUMX entsyymiä, joista monet ovat spesifisiä tietyille substraateille. Entsyymit ja substraatit sitoutuvat toisiinsa erilaisten vuorovaikutusten kautta, mukaan lukien vetysidokset, hydrofobiset vuorovaikutukset ja kovalenttiset sidokset. Tätä ensimmäistä sitoutumista kutsutaan indusoiduksi sovitusmalliksi pikemminkin kuin lukitusmalliksi, koska jokainen molekyyli muuttuu vasteena sitoutumiseen toisen molekyylin kanssa muodostaen uuden kolmiulotteisen muodon. Yhdessä entsyymi ja substraatti muodostavat ES -kompleksin, jossa voi esiintyä kemiallisia reaktioita.
Katalysoidun reaktion aikana entsyymit ja substraatit vuorovaikutuksessa tuottavat uusia tuotteita. Vaikka entsyymi pysyy muuttumattomana reaktion päätyttyä, substraatti muuttuu usein, joskus muuttuu kokonaan uudeksi molekyyliksi. Huolimatta siitä, että entsyymi pysyy muuttumattomana, sillä on tärkeä rooli kemiallisissa reaktioissa, koska se alentaa aktivointienergiaa reaktion etenemiseksi. Tämä tarkoittaa, että entsyymin ja substraatin kemiallisissa vuorovaikutuksissa oleva energia riittää ylittämään reaktion energiaesteen.
Reaktion aikana entsyymit ja substraatit kulkevat eri vaiheiden läpi. Jotkut näistä, joita kutsutaan välivaiheiksi tai kemiallisiksi välituotteiksi, sisältävät uusien ohimenevien molekyylien muodostumisen. Entsyymi pystyy vakauttamaan nämä ja katalysoimaan lisäreaktioita näiden molekyylien muuttamiseksi halutuiksi tuotteiksi.
Siirtymistilat ovat muita entsyymien ja substraattien välille muodostuneita komplekseja, jotka ovat uskomattoman lyhytaikaisia ja energiatehokkaita. Ne esiintyvät usein sidoksen katkeamisen, reformoinnin tai reaktion uudelleenjärjestelyhetkellä. Entsyymit on usein rakennettu vähentämään siirtymistilojen energiaa stabiloivien sidosten avulla, ja usein tämä energian väheneminen on se, joka alentaa reaktion aktivointienergiaa.
Vaikka entsyymisubstraattipareja on monia, monet entsyymit voivat vastata useita substraatteja. Itse asiassa tarvitaan monia entsyymejä kahden substraatin yhdistämiseksi yhteen yhdeksi molekyyliksi tai yhden substraatin hajottamiseksi kahteen tuloksena saatavaan tuotemolekyyliin. On myös monia entsyymejä, jotka ovat epäspesifisiä, mikä tarkoittaa, että ne voivat kohdistaa useamman kuin yhden substraatin solun olosuhteista riippuen.