A sejtek anyagcsere-folyamatai során átalakuló anyagok többsége a szervezeten kívül változatlan marad. A szervezetek energiaigényének jelentős részét a szőlőcukor lebontása fedezi. A szőlőcukor oxidációja szén-dioxidra és vízre nagy energia-felszabadulással jár. A szőlőcukor az élő szervezetek sejtjeiben uralkodó, aránylag alacsony hőmérsékleten kevéssé reakcióképes, nem alakul át szén-dioxiddá és vízzé oxigén jelenlétében. A jelenség magyarázata, hogy ilyen alacsony hőmérsékleten a szőlőcukor molekulák nem rendelkeznek az átalakuláshoz szükséges energiatöbblettel, nincsenek aktivált állapotban.

Az átalakulás sebessége növelhető a hőmérséklet emelésével vagy katalizátor alkalmazásával. Magasabb hőmérsékleten a molekulák nagyobb hányada rendelkezik az átalakuláshoz szükséges energiatöbblettel, az aktiválási energiával. Ez az út az élő szervezetekben nem járható, hiszen a magas hőmérséklet roncsolja a sejtek szerkezetét. A katalizátorok viszont azáltal növelik az átalakulás sebességét, hogy olyan reakcióutat nyitnak meg, amelynek kisebb az aktiválási energiája. A biokémiai átalakulásokat fehérjemolekulák, enzimek katalizálják. Az enzimeknek köszönhetően az anyagcsere-folyamatok viszonylag nagy sebességgel játszódnak le a sejtekben uralkodó alacsony hőmérsékleten, és közreműködésükkel gyorsan átalakulnak az egyébként stabil szerves molekulák is.

Az aktiválási energia alakulása katalizátor nélkül és katalizátorral Az enzimek másik fontos sajátossága, hogy fajlagosak, idegen szóval specifikusak. Ez azt jelenti, hogy az egyes biokémiai átalakulásokat más-más enzimek katalizálják. Ez az egyik alapfeltétele a sejtekben lejátszódó anyagcsere-folyamatok rendezettségének. De mivel magyarázható az enzimek fajlagossága? Az enzimek globuláris fehérjék. A molekulájuk felületén található aminosav-oldalláncok révén felszínükön különböző anyagokat kötnek meg. A kémiai átalakulást eredményező kötődés az enzim egy jellegzetes térszerkezetű részében, az aktív centrumban történik. Az enzim aktív centrumához csak olyan molekulák kapcsolódhatnak, amelyek térszerkezete ezt lehetővé teszi. Az enzimek aktív centrumában megkötődő, és ott átalakuló anyagokat az enzimek szubsztrátjainak nevezzük. Az aktív centrumhoz kötődő kiindulási anyagok (szubsztrátok) reakcióba lépnek egymással, átalakulnak termékké. A reakció végén a termékek leválnak az enzimről, mert térszerkezetük már nem illeszkedik az aktív centrumhoz. A termékek leválása után az enzim újabb kiindulási anyagokat köthet meg, újabb átalakulást katalizálhat.

Az enzimreakciók itt vázolt mechanizmusa alapján érthető, miért reagálnak a sejtek olyan érzékenyen bizonyos hatásokra, például a hőmérséklet vagy a kémhatás megváltozására. Minden olyan körülmény, amely módosítja az enzimek aktív centrumának szerkezetét, megváltoztatja az enzimek működését, és ezzel együtt a sejt anyagcseréjét.

Az enzimreakciók mechanizmusa