Fermenti un substrāti ir saistīti divos galvenajos veidos, jo tie bieži mijiedarbojas viens ar otru daudzos bioloģiskos procesos. Pirmkārt, fermenti un substrāti bieži ir specifiski viens otram, un tiem ir papildu formas, kas ļauj tiem saistīties. Otrkārt, fermenti var mainīt substrātus, katalizējot ķīmiskās reakcijas vai pārveidojot struktūras. Kopā tie tiek pārveidoti, tostarp fermentu substrāta (ES) komplekss, starpstāvokļi un pārejas stāvokļi.
Tiek uzskatīts, ka cilvēka organismā ir aptuveni 75,000 XNUMX enzīmu, no kuriem daudzi ir raksturīgi noteiktiem substrātiem. Fermenti un substrāti saistās viens ar otru, izmantojot dažādas mijiedarbības, tostarp ūdeņraža saites, hidrofobās mijiedarbības un kovalentās saites. Šī sākotnējā saistīšanās tiek saukta par inducētu piemērotības modeli, nevis par bloķēšanas un atslēgas modeli, jo katra molekula mainās, reaģējot uz saistīšanos ar otru molekulu, veidojot jaunu trīsdimensiju formu. Enzīms un substrāts kopā veido ES kompleksu, kurā var notikt ķīmiskas reakcijas.
Katalizētās reakcijas laikā fermenti un substrāti mijiedarbojas, veidojot jaunus produktus. Kamēr enzīms paliek nemainīgs pēc reakcijas pabeigšanas, substrāts bieži tiek modificēts, dažreiz pilnībā pārvēršoties jaunā molekulā vai molekulās. Neskatoties uz to, ka ferments paliek nemainīgs, tam ir liela nozīme notiekošajās ķīmiskajās reakcijās, jo tas samazina aktivācijas enerģiju reakcijas norisei. Tas nozīmē, ka enerģija, kas atrodas fermenta un substrāta ķīmiskajā mijiedarbībā, ir pietiekama, lai pārvarētu reakcijas enerģijas šķērsli.
Reakcijas laikā fermenti un substrāti iziet cauri dažādiem posmiem. Daži no tiem, kas pazīstami kā starpposmi vai ķīmiskie starpprodukti, ir saistīti ar jaunu, pārejošu molekulu veidošanos. Ferments spēj tos stabilizēt un katalizēt turpmākas reakcijas, lai pārveidotu šīs molekulas vajadzīgajos produktos.
Pārejas stāvokļi ir citi kompleksi, kas veidojas starp fermentiem un substrātiem, kas ir neticami īslaicīgi un ar lielu enerģiju. Tie bieži rodas saites pārrāvuma, pārveidošanas vai reakcijas pārkārtošanās brīdī. Fermenti bieži ir strukturēti, lai samazinātu pārejas stāvokļu enerģiju, izmantojot stabilizējošas saites, un bieži vien šis enerģijas samazinājums samazina reakcijas aktivācijas enerģiju.
Lai gan ir daudz enzīmu substrātu pāru, daudzi fermenti var atbilst vairākiem substrātiem. Faktiski ir nepieciešami daudzi fermenti, lai savienotu divus substrātus vienā molekulā vai sadalītu vienu substrātu divās iegūtās produktu molekulās. Ir arī daudzi nespecifiski enzīmi, kas nozīmē, ka tie var mērķēt uz vairāk nekā vienu substrātu atkarībā no apstākļiem šūnā.