Ensüümid ja substraadid on omavahel seotud kahel peamisel viisil, kuna nad interakteeruvad sageli üksteisega paljudes bioloogilistes protsessides. Esiteks on ensüümid ja substraadid sageli üksteise suhtes spetsiifilised, omades täiendavaid kujundeid, mis võimaldavad neil seonduda. Teiseks võivad ensüümid keemilisi reaktsioone katalüüsides või struktuure muutes substraate muuta. Koos läbivad nad transformatsioone, sealhulgas ensüümi substraadi (ES) kompleksi, vaheolekuid ja üleminekuolekuid.
Arvatakse, et inimkehas on umbes 75,000 XNUMX ensüümi, millest paljud on spetsiifilised teatud substraatidele. Ensüümid ja substraadid seostuvad üksteisega erinevate interaktsioonide kaudu, sealhulgas vesiniksidemete, hüdrofoobsete interaktsioonide ja kovalentsete sidemete kaudu. Seda esialgset sidumist nimetatakse pigem indutseeritud sobivusmudeliks kui luku- ja võtmemudeliks, sest iga molekul muutub vastusena seostumisele teise molekuliga, moodustades uue kolmemõõtmelise kuju. Ensüüm ja substraat koos moodustavad ES kompleksi, milles võivad toimuda keemilised reaktsioonid.
Katalüüsitud reaktsiooni käigus interakteeruvad ensüümid ja substraadid, et saada uusi tooteid. Kuigi ensüüm jääb pärast reaktsiooni lõppemist muutumatuks, substraati sageli muudetakse, mõnikord muutub see täielikult uueks molekuliks või molekulideks. Vaatamata sellele, et ensüüm jääb muutumatuks, mängib see toimuvates keemilistes reaktsioonides olulist rolli, kuna see vähendab reaktsiooni kulgemiseks vajalikku aktiveerimisenergiat. See tähendab, et ensüümi ja substraadi keemilises vastasmõjus sisalduvast energiast piisab reaktsiooni energiatõkke ületamiseks.
Kogu reaktsiooni jooksul läbivad ensüümid ja substraadid erinevaid etappe. Mõned neist, mida nimetatakse vahefaasideks või keemilisteks vaheühenditeks, hõlmavad uute, mööduvate molekulide moodustumist. Ensüüm suudab neid stabiliseerida ja katalüüsida edasisi reaktsioone, et muuta need molekulid soovitud produktideks.
Üleminekuseisundid on teised ensüümide ja substraatide vahel moodustunud kompleksid, mis on uskumatult lühiealised ja suure energiatarbega. Need tekivad sageli sideme katkemise, ümberkujundamise või reaktsiooni ümberkorraldamise hetkel. Ensüümid on sageli struktureeritud nii, et need vähendavad üleminekuolekute energiat stabiliseerivate sidemete kaudu ja sageli on see energia vähenemine see, mis vähendab reaktsiooni aktiveerimisenergiat.
Kuigi ensüümi substraadipaare on palju, võivad paljud ensüümid vastata mitmele substraadile. Tegelikult on kahe substraadi ühendamiseks üheks molekuliks või ühe substraadi purustamiseks kaheks saadud produktimolekuliks vaja palju ensüüme. Samuti on palju ensüüme, mis on mittespetsiifilised, mis tähendab, et nad võivad sõltuvalt rakusiseste tingimustest olla suunatud rohkem kui ühele substraati.