Fermentai ir substratai yra susiję dviem pagrindiniais būdais, nes jie dažnai sąveikauja vienas su kitu daugelyje biologinių procesų. Pirma, fermentai ir substratai dažnai yra specifiniai vienas kitam ir turi papildomų formų, leidžiančių jiems susieti. Antra, fermentai gali keisti substratus katalizuodami chemines reakcijas arba modifikuodami struktūras. Kartu jie patiria transformacijas, įskaitant fermento substrato (ES) kompleksą, tarpines būsenas ir pereinamąsias būsenas.
Manoma, kad žmogaus organizme yra apie 75,000 XNUMX fermentų, iš kurių daugelis būdingi tam tikriems substratams. Fermentai ir substratai jungiasi vienas su kitu per įvairias sąveikas, įskaitant vandenilio ryšius, hidrofobines sąveikas ir kovalentinius ryšius. Šis pradinis surišimas vadinamas indukuotu tinkamumo modeliu, o ne užrakto ir rakto modeliu, nes kiekviena molekulė keičiasi reaguodama į susiejimą su kita molekule, kad susidarytų nauja trimatė forma. Fermentas ir substratas kartu sudaro ES kompleksą, kuriame gali vykti cheminės reakcijos.
Katalizuojamos reakcijos metu fermentai ir substratai sąveikauja, kad susidarytų nauji produktai. Nors pasibaigus reakcijai fermentas išlieka nepakitęs, substratas dažnai modifikuojamas, kartais visiškai pakeičiamas į naują molekulę ar molekules. Nepaisant to, kad fermentas išlieka nepakitęs, jis atlieka pagrindinį vaidmenį vykstančiose cheminėse reakcijose, nes sumažina aktyvacijos energiją, kad reakcija vyktų. Tai reiškia, kad fermento ir substrato cheminėje sąveikoje esančios energijos pakanka, kad būtų įveikta reakcijos energijos kliūtis.
Reakcijos metu fermentai ir substratai pereina skirtingus etapus. Kai kurie iš jų, žinomi kaip tarpiniai etapai arba cheminiai tarpiniai produktai, apima naujų, trumpalaikių molekulių susidarymą. Fermentas gali juos stabilizuoti ir katalizuoti tolesnes reakcijas, kad šios molekulės virstų norimais produktais.
Pereinamosios būsenos yra kiti kompleksai, susidarantys tarp fermentų ir substratų, kurie yra neįtikėtinai trumpalaikiai ir daug energijos turintys. Jie dažnai atsiranda jungties nutrūkimo, persitvarkymo ar reakcijos pertvarkymo momentu. Fermentai dažnai yra sukurti taip, kad sumažintų pereinamųjų būsenų energiją per stabilizuojančius ryšius, ir dažnai šis energijos sumažėjimas sumažina reakcijos aktyvavimo energiją.
Nors yra daug fermentų substratų porų, daugelis fermentų gali atitikti kelis substratus. Tiesą sakant, norint sujungti du substratus į vieną molekulę arba suskaidyti vieną substratą į dvi gautas produkto molekules, reikia daug fermentų. Taip pat yra daug nespecifinių fermentų, tai reiškia, kad jie gali būti nukreipti į daugiau nei vieną substratą, priklausomai nuo ląstelės sąlygų.