Figura urmărește o enzimă de-a lungul unei singure reacții chimice, în patru desene care se citesc de la stânga la dreapta, în ordinea săgeților. Sub desene sunt trei explicații: prima corespunde primului desen, a doua celor două desene din mijloc, iar a treia ultimului. Pe parcurs vezi cum enzima prinde două molecule de substrat, le ține una lângă alta cât timp reacționează și eliberează apoi produsul, rămânând ea însăși neschimbată.

Ce este o enzimă

Compușii chimici nu se combină între ei automat și nici nu se degradează spontan. Ca să înceapă o reacție chimică, este nevoie de un aport de energie numit energie de activare, care poate fi termică sau chimică. Enzimele sunt catalizatori biologici, adică proteine care accelerează reacțiile chimice și scad cantitatea de energie de activare necesară, fără ca ele însele să se modifice. Nu sunt consumate în reacție, ci rămân disponibile pentru reacțiile care urmează.

Fiecare enzimă catalizează o singură reacție, așa că într-o celulă există mii de enzime diferite, pentru mii de reacții chimice diferite. Cu câteva excepții, numele enzimelor se termină în „-ază”. Catalaza, de exemplu, degradează apa oxigenată (peroxidul de hidrogen) în apă și oxigen. Alte exemple sunt amilaza, hidrolaza, peptidaza și kinaza.

Elementele desenului

• Enzima este forma mare, ca o jumătate de disc, din partea de jos a fiecărui desen. Are aceeași formă în toate cele patru desene, pentru că reacția nu o modifică.
• Zona activă este porțiunea cheie a enzimei, cea care interacționează cu substratul. În desen, ea corespunde celor două adâncituri de pe marginea de sus a enzimei, una rotunjită și una dreptunghiulară, arătate de aceeași etichetă. Legenda figurii o numește specifică: este locul în care se leagă o pereche de molecule de substrat, iar forma fiecărei adâncituri se potrivește cu partea de jos a uneia dintre cele două molecule.
• Substratul este substanța asupra căreia acționează enzima. Aici sunt două molecule de substrat, notate S1 și S2. S1 are partea de jos rotunjită, care intră în adâncitura din stânga, iar S2 are dedesubt un capăt dreptunghiular, care intră în cea din dreapta.
• Produsul (produsul final) este rezultatul reacției catalizate de enzimă. În ultimul desen, el este forma unică pe care săgeata verticală, notată „Produs”, o ridică de pe enzimă.

Cum decurge reacția

1. Substratul se leagă de enzimă. Săgețile groase arată cum S1 și S2 coboară spre zona activă, fiecare spre adâncitura care are forma lui.
2. Substratul interacționează cu ajutorul enzimei. În al doilea desen, cele două molecule stau fixate una lângă alta în zona activă și se ating, dar o linie încă le desparte. Aici se vede rolul enzimei în reacție: ea asigură locul în care substanțele chimice pot interacționa.
3. Se formează produsul. În al treilea desen linia a dispărut: cele două molecule s-au unit într-un singur compus, care stă încă în zona activă.
4. Produsul final se detașează de enzimă. Compusul format părăsește zona activă, în direcția săgeții îndreptate în sus. Enzima rămâne cu ambele adâncituri goale, la fel ca în primul desen: nu a fost consumată și este liberă să participe la o altă reacție chimică.

Viteza reacțiilor enzimatice

De obicei, reacțiile enzimatice durează doar câteva milisecunde. Viteza lor depinde de mai mulți factori, printre care concentrația substratului, aciditatea și temperatura mediului. La temperaturi ridicate reacțiile au loc mult mai rapid, însă excesul de căldură poate modifica structura proteică a enzimei și poate duce la denaturarea ei, adică la pierderea structurii fizice.

Enzimele și căile metabolice

Enzimele conlucrează în cadrul căilor metabolice, secvențe de reacții chimice care au loc într-o celulă. Unele căi folosesc catabolismul, adică degradarea sau digestia moleculelor mari, complexe. Altele implică anabolismul, adică sinteza de molecule mari. Reacția din figură, în care două molecule de substrat se unesc într-un singur compus, este o reacție de sinteză. Enzimele nu lucrează însă doar în sinteze, pentru că și reacțiile de descompunere depind mult de ele. Pe lângă catalaza de mai sus, un exemplu este lipaza, care degradează grăsimile până la acizi grași și glicerol. Căile metabolice sunt descrise pe larg în capitolul 19.