4. Enzyme

Enzyme sind katalytisch wirksame Proteine. Die Stoffwechselwege in den Zellen setzen sich aus vielen verschiedenen Einzelschritten zusammen, von denen jeder durch ein besonderes Enzym katalysiert wird. Ohne Enzyme laufen die allermeisten biochemischen Reaktionen unmessbar langsam ab. Eine Zelle von Escherichia coli enthält etwa 1000 verschiedene Enzyme, eukaryontische Zellen ein Vielfaches davon. Enzyme beschleunigen die Einstellung des Gleichgewichts zwischen Substrat und Produkt, ohne die Lage des Gleichgewichts zu verändern. Enzyme zeigen hohe Substrat- und Reaktionsspezifität. Ein Enzym wird durch die Reaktion nicht verbraucht, es durchläuft einen Kreisprozess, aus dem es unverändert hervorgeht. Enzyme wurden früher auch als Fermente bezeichnet (Fermentum lat., das Agens, welches die alkoholische Gärung auslöst).

Proteinseitenketten und prosthetische Gruppen (Coenzyme und Metallionen) binden das Substrat an die aktive Stelle des Enzyms; ihre Wechselwirkungen mit dem Substrat führen dazu, dass das Substrat innerhalb von Millisekunden in das Produkt übergeführt wird. Die Michaelis-Menten-Gleichung beschreibt die Abhängigkeit der Geschwindigkeit einer enzymkatalysierten Reaktion von der Substratkonzentration (Sättigungskurve). Die Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur (RGT)-Regel gilt auch für Enzymreaktionen.

Allosterische Regulationsmechanismen und kovalente Modifikationen steuern den Stoffwechsel und verknüpfen ihn mit vielen weiteren zellulären Vorgängen zu einem regulatorischen Netzwerk.