Gli enzimi sono proteine che hanno una funzione specifica. Accelerano il tasso di reazioni chimiche in una cellula o fuori da una cellula. Gli enzimi agiscono come catalizzatori; non si consumano nelle reazioni chimiche che accelerano.
Perché le cellule hanno bisogno di un catalizzatore? Le cellule usano molta energia! Ci sono migliaia di reazioni che avvengono nelle cellule e queste richiedono energia. Poiché l’energia è sempre limitante in una cellula vivente, le cellule hanno adottato gli enzimi come un modo per conservare l’energia. L’energia insufficiente è una barriera all’avvio della reazione. Solo quando c’è una quantità sufficiente di energia, il reagente può superare la barriera energetica e procedere a formare un prodotto. Questo è chiamato energia di attivazione.
Come fanno i catalizzatori ad accelerare le reazioni chimiche? Nei sistemi biologici, l’energia necessaria per far procedere una reazione è immagazzinata principalmente nei legami che compongono l’adenosina trifosfato (ATP). In particolare, l’energia è immagazzinata nei legami tra i gruppi fosfato e il nucleotide, l’adenosina. L’energia (~7 kcal/mole) viene rilasciata quando uno dei legami fosfato nell’ATP per formare l’adenosina difosfato (ADP) viene rotto. Questo equivale alla quantità di energia in una nocciolina. Un catalizzatore abbassa la barriera dell’energia di attivazione. Per esempio, l’etanolo è metabolizzato in acetaldeide dall’enzima, l’alcol deidrogenasi. In assenza di ADH, il tasso della reazione sarebbe inferiore a 0,000006 (o 6 x 10-6) µmoli/L al minuto. Mentre in presenza di ADH, il tasso di reazione è di 2700 µmoli/L al minuto. Questa è un’accelerazione di più di 4500 milioni di volte!