Enzimler ve substratlar iki anahtar yolla ilişkilidir, çünkü birçok biyolojik işlemde birbirleriyle sık sık etkileşirler. Birincisi, enzimler ve substratlar birbirlerine bağlanmalarına izin veren ücretsiz şekillere sahip, birbirlerine özgüdürler. İkincisi, enzimler kimyasal reaksiyonları katalizleyerek veya yapıları değiştirerek substratları değiştirebilir. Birlikte enzim substrat (ES) kompleksi, orta durumlar ve geçiş durumları dahil olmak üzere dönüşümlere uğrarlar.
İnsan vücudunda, çoğu belirli alt tabakalara özgü olan yaklaşık 75.000 enzim olduğu düşünülmektedir. Enzimler ve substratlar, birbirine hidrojen bağları, hidrofobik etkileşimler ve kovalent bağlar dahil olmak üzere çeşitli etkileşimlerle birleşerek bağlanır. Bu ilk bağlama, kilit ve anahtar modelinden ziyade indüklenmiş bir uyum modeli olarak adlandırılır, çünkü her molekül yeni bir üç boyutlu şekil oluşturmak üzere diğer molekülle bağlanmaya tepki olarak değişir. Birlikte, enzim ve substrat, kimyasal reaksiyonların ortaya çıkabileceği ES kompleksi içerir.
Katalizlenmiş bir reaksiyon sırasında, enzimler ve substratlar yeni ürünler vermek üzere etkileşime girer. Enzim, reaksiyon tamamlandıktan sonra değişmeden kalmasına rağmen, substrat sıklıkla modifiye edilir, bazen tamamen yeni bir moleküle veya moleküllere dönüşür. Değişmeden kalmasına rağmen, enzim gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarda önemli bir rol oynar çünkü reaksiyonun devam etmesi için aktivasyon enerjisini düşürür. Bu, enzimin ve substratın kimyasal etkileşimlerinde bulunan enerjinin, reaksiyonun enerji engelini aşması için yeterli olduğu anlamına gelir.
Reaksiyon boyunca, enzimler ve substratlar farklı aşamalardan geçer. Bunlardan bazıları, ara aşamalar veya kimyasal ara ürünler olarak bilinen, yeni, geçici moleküllerin oluşumunu içerir. Enzim, bunları stabilize edebilir ve bu molekülleri istenen ürünlere dönüştürmek için başka reaksiyonları katalize edebilir.
Geçiş durumları, son derece kısa ömürlü ve yüksek enerjili enzimler ve substratlar arasında oluşan diğer komplekslerdir. Bunlar sıklıkla reaksiyonda bağ kopması, reformasyon veya yeniden düzenleme anında meydana gelir. Enzimler genellikle geçiş durumlarının enerjisini dengeleyici bağlar yoluyla azaltmak üzere yapılandırılmıştır ve genellikle enerjideki bu azalma reaksiyonun aktivasyon enerjisini azaltan şeydir.
Birçok enzim substrat çifti olmasına rağmen, birçok enzim çoklu substratlara karşılık gelebilir. Aslında, iki substratı tek bir moleküle birleştirmek veya tek bir substratı ortaya çıkan iki ürün molekülüne ayırmak için birçok enzime ihtiyaç vardır. Ayrıca spesifik olmayan birçok enzim vardır, yani hücre içindeki koşullara bağlı olarak birden fazla substrat hedefleyebilirler.
