Enzim adalah katalis biologis yang mempercepat reaksi tanpa habis dikonsumsi. Enzim memiliki spesifisitas tinggi terhadap jenis reaksi dan biasanya terhadap substrat tertentu. Sebagian besar enzim berupa protein, tetapi ribozim berbahan RNA juga dapat memotong atau menyambung ikatan fosfodiester. Pada ribosom, RNA ribosomal menjadi komponen utama yang menjalankan aktivitas katalitik.
Enzim dibagi menjadi enam golongan berdasarkan reaksi yang dikatalisis. Oksidoreduktase menjalankan reaksi oksidasi-reduksi, sedangkan transferase memindahkan gugus seperti metil, glikosil, atau fosforil. Hidrolase memutus ikatan menggunakan air, sementara liase memutus atau membentuk ikatan tanpa hidrolisis maupun oksidasi. Isomerase mengubah susunan struktur dalam satu molekul. Ligase menggabungkan dua molekul dengan energi dari pemecahan ATP.
Substrat berikatan pada sisi aktif, yaitu kantong atau celah khusus pada struktur enzim. Pembentukan dan pemutusan ikatan berlangsung ketika substrat berada dalam kompleks enzim-substrat. Model lock-and-key menggambarkan sisi aktif yang sudah sesuai dengan bentuk substrat. Model induced fit menjelaskan bahwa pengikatan substrat dapat mengubah bentuk enzim agar katalisis berlangsung lebih efektif. Setelah produk dilepaskan, enzim dapat digunakan kembali.
Banyak enzim memerlukan kofaktor agar mampu mengatalisis reaksi. Kofaktor dapat berupa ion logam, sedangkan kofaktor organik disebut koenzim dan banyak berasal dari vitamin B. Tiamin pirofosfat, FAD, NAD⁺, koenzim A, piridoksal fosfat, tetrahidrofolat, biotin, dan kobalamin memindahkan elektron atau gugus kimia tertentu. Koenzim lain seperti ATP, CDP, UDP, S-adenosilmetionin, dan PAPS berperan dalam pemindahan fosfat, gula, metil, atau sulfat. Koenzim bertindak sebagai pembawa sementara yang menghubungkan berbagai reaksi metabolik.
Aktivitas enzim memiliki kepentingan klinis karena perubahan kadarnya dapat menunjukkan kerusakan jaringan. AST dan ALT membantu menilai kerusakan hati, sedangkan kreatin kinase berkaitan dengan cedera otot rangka atau jantung. Amilase dan lipase dapat meningkat pada pankreatitis, sementara fosfatase alkali membantu menilai penyakit tulang dan saluran empedu. Defisiensi enzim tertentu juga menyebabkan penyakit metabolik seperti fenilketonuria dan penyakit Gaucher. Pemeriksaan enzim harus ditafsirkan bersama gejala, organ asal, dan hasil laboratorium lainnya.
Kecepatan reaksi enzim dipengaruhi suhu, pH, konsentrasi enzim, konsentrasi substrat, dan keberadaan inhibitor. Setiap enzim memiliki suhu serta pH optimum karena perubahan kondisi dapat memengaruhi ionisasi sisi aktif atau merusak struktur protein. Peningkatan substrat menaikkan laju reaksi sampai seluruh sisi aktif mencapai keadaan jenuh. Inhibitor kompetitif menyerupai substrat dan bersaing pada sisi aktif, sehingga pengaruhnya dapat dikurangi dengan menaikkan konsentrasi substrat. Inhibitor nonkompetitif berikatan di lokasi lain dan menurunkan aktivitas tanpa bersaing langsung dengan substrat.
Efektivitas inhibitor dapat dinilai melalui IC₅₀, yaitu konsentrasi yang menghasilkan penghambatan sebesar 50 persen dalam kondisi percobaan tertentu. Pada reaksi dengan lebih dari satu substrat, pengikatan dapat berlangsung secara acak atau mengikuti urutan wajib. Kinetika enzim membantu mengidentifikasi mekanisme kerja obat yang menargetkan enzim tertentu. Analisis tersebut juga penting untuk memperkirakan metabolisme obat, efektivitas terapi, interaksi, dan risiko toksisitas.
Regulasi enzim menjaga homeostasis dengan menyesuaikan aliran metabolit terhadap kebutuhan fisiologis. Pengendalian dapat terjadi melalui perubahan jumlah enzim, aktivitas katalitik, atau keduanya pada tahap pembatas laju. Beberapa enzim disekresikan sebagai proenzim tidak aktif agar dapat diaktifkan cepat sekaligus mencegah kerusakan jaringan asal. Fosforilasi oleh protein kinase dan defosforilasi oleh fosfatase mengatur banyak enzim dalam jaringan sinyal hormonal. Asetilasi serta deasetilasi residu lisin juga menghubungkan aktivitas enzim dengan ketersediaan asetil-KoA dan NAD⁺.