Enzymer och substrat är relaterade på två viktiga sätt eftersom de interagerar ofta med varandra i många biologiska processer. För det första är enzymer och substrat ofta specifika för varandra och har kompletterande former som gör att de kan binda. För det andra kan enzymer förändra substrat genom att katalysera kemiska reaktioner eller modifiera strukturer. Tillsammans genomgår de transformationer, inklusive enzymsubstratkomplexet (ES), mellantillstånd och övergångstillstånd.
Det tros finnas omkring 75,000 XNUMX enzymer i människokroppen, av vilka många är specifika för vissa substrat. Enzymer och substrat binder till varandra genom olika interaktioner, inklusive vätebindningar, hydrofoba interaktioner och kovalenta bindningar. Denna initiala bindning hänvisas till som en inducerad passningsmodell, snarare än en lås-och-nyckel-modell, eftersom varje molekyl förändras som svar på bindning med den andra molekylen för att bilda en ny tredimensionell form. Tillsammans utgör enzymet och substratet ES-komplexet, i vilket kemiska reaktioner kan ske.
Under en katalyserad reaktion interagerar enzymer och substrat för att ge nya produkter. Medan enzymet förblir oförändrat efter att reaktionen är avslutad, modifieras substratet ofta, ibland förändras det helt till en ny molekyl eller molekyler. Trots att det förblir oförändrat spelar enzymet en stor roll i de kemiska reaktionerna som äger rum eftersom det sänker aktiveringsenergin för att reaktionen ska fortsätta. Det betyder att energin som finns i enzymets och substratets kemiska interaktioner är tillräcklig för att övervinna reaktionens energihinder.
Under hela reaktionen passerar enzymer och substrat genom olika stadier. Vissa av dessa, kända som mellanstadier eller kemiska mellanprodukter, involverar bildning av nya, övergående molekyler. Enzymet kan stabilisera dessa och katalysera ytterligare reaktioner för att förändra dessa molekyler till de önskade produkterna.
Övergångstillstånd är andra komplex som bildas mellan enzymer och substrat som är otroligt kortlivade och har hög energi. De inträffar ofta i ögonblicket då bindningen bryts, reformeras eller omarrangeras i reaktionen. Enzymerna är ofta strukturerade för att reducera energin i övergångstillstånden genom stabiliserande bindningar, och ofta är denna energiminskning det som sänker reaktionens aktiveringsenergi.
Även om det finns många enzymsubstratpar kan många enzymer motsvara flera substrat. Faktum är att många enzymer behövs för att sammanfoga två substrat till en enda molekyl eller för att bryta ett enda substrat till två resulterande produktmolekyler. Det finns också många enzymer som är ospecifika, vilket innebär att de kan rikta sig mot mer än ett substrat, beroende på förhållandena i cellen.