Enzyme sind Proteine, die eine bestimmte Funktion haben. Sie beschleunigen die Geschwindigkeit von chemischen Reaktionen in einer Zelle oder außerhalb einer Zelle. Enzyme wirken als Katalysatoren; sie werden bei den chemischen Reaktionen, die sie beschleunigen, nicht verbraucht.
Warum brauchen Zellen einen Katalysator? Zellen verbrauchen eine Menge Energie! Es gibt Tausende von Reaktionen, die in Zellen ablaufen, und diese benötigen Energie. Da die Energie in einer lebenden Zelle immer begrenzt ist, haben die Zellen Enzyme als Mittel zur Energieeinsparung entwickelt. Unzureichende Energie ist ein Hindernis für die Einleitung der Reaktion. Nur wenn eine ausreichende Menge an Energie vorhanden ist, kann der Reaktant die Energiebarriere überwinden und ein Produkt bilden. Dies wird als Aktivierungsenergie bezeichnet.
Wie beschleunigen Katalysatoren chemische Reaktionen? In biologischen Systemen ist die Energie, die für die Durchführung einer Reaktion erforderlich ist, hauptsächlich in den Bindungen gespeichert, aus denen Adenosintriphosphat (ATP) besteht. Genauer gesagt, ist die Energie in den Bindungen zwischen Phosphatgruppen und dem Nukleotid Adenosin gespeichert. Energie (~7 kcal/Mol) wird freigesetzt, wenn eine der Phosphatbindungen im ATP gebrochen wird, um Adenosindiphosphat (ADP) zu bilden. Dies entspricht der Energiemenge in einer Erdnuss. Ein Katalysator senkt die Barriere für die Aktivierungsenergie. Zum Beispiel wird Ethanol durch das Enzym Alkoholdehydrogenase in Acetaldehyd umgewandelt. In Abwesenheit von ADH würde die Reaktionsgeschwindigkeit weniger als 0,000006 (oder 6 x 10-6) µmol/L pro Minute betragen. In Anwesenheit von ADH beträgt die Reaktionsgeschwindigkeit jedoch 2700 µmol/l pro Minute. Das ist eine Beschleunigung um mehr als das 4500-Millionenfache!