Algumas enzimas ajudam a quebrar moléculas de nutrientes grandes, tais como proteínas, gorduras e carboidratos, em moléculas menores. Este processo ocorre durante a digestão dos alimentos no estômago e intestino dos animais. Outras enzimas guiam as moléculas menores e quebradas através da parede intestinal para a corrente sanguínea. Ainda outras enzimas promovem a formação de moléculas grandes e complexas a partir das pequenas e simples moléculas para produzir constituintes celulares. As enzimas também são responsáveis por inúmeras outras funções, que incluem o armazenamento e a liberação de energia, o curso da reprodução, os processos de respiração e visão. Elas são indispensáveis à vida.

Cada enzima é capaz de promover apenas um tipo de reação química. Os compostos sobre os quais a enzima atua são chamados de substratos. As enzimas operam em sistemas metabólicos bem organizados chamados de vias metabólicas. Um fenômeno biológico aparentemente simples – a contração de um músculo, por exemplo, ou a transmissão de um impulso nervoso – envolve um grande número de passos químicos nos quais um ou mais compostos químicos (substratos) são convertidos em substâncias chamadas produtos; o produto de um passo em uma via metabólica serve como substrato para o passo seguinte na via.

O papel das enzimas nas vias metabólicas pode ser ilustrado esquematicamente. O composto químico representado por A (ver diagrama abaixo) é convertido em produto E em uma série de etapas catalisadas por enzimas, nas quais compostos intermediários representados por B, C e D são formados em sucessão. Eles atuam como substratos para enzimas representadas por 2, 3, e 4. O composto A também pode ser convertido por outra série de etapas, algumas das quais são as mesmas do caminho para a formação do E, em produtos representados por G e H.

As letras representam compostos químicos; os números representam as enzimas que catalisam as reacções individuais. As alturas relativas representam a energia termodinâmica dos compostos (por exemplo, o composto A é mais rico em energia do que B, B mais rico em energia do que C). Os compostos A, B, etc., mudam muito lentamente na ausência de um catalisador mas o fazem rapidamente na presença dos catalisadores 1, 2, 3, etc.

O papel regulador das enzimas nas vias metabólicas pode ser clarificado usando uma analogia simples: aquela entre os compostos, representados por letras no diagrama, e uma série de reservatórios de água conectados em um declive. Da mesma forma, as enzimas representadas pelos números são análogas às válvulas do sistema do reservatório. As válvulas controlam o fluxo de água no reservatório; isto é, se apenas as válvulas 1, 2, 3, e 4 estiverem abertas, a água em A flui apenas para E, mas, se as válvulas 1, 2, 5, e 6 estiverem abertas, a água em A flui para G. De forma semelhante, se as enzimas 1, 2, 3, e 4 na via metabólica estiverem ativas, o produto E é formado, e, se as enzimas 1, 2, 5, e 6 estiverem ativas, o produto G é formado. A atividade ou falta de atividade das enzimas na via, portanto, determina o destino do composto A; ou seja, ou permanece inalterado ou é convertido em um ou mais produtos. Além disso, se forem formados produtos, a atividade das enzimas 3 e 4 em relação à das enzimas 5 e 6 determina a quantidade de produto E formado em comparação com o produto G.

Bambos o fluxo de água e a atividade das enzimas obedecem às leis da termodinâmica; portanto, a água no reservatório F não pode fluir livremente para H abrindo a válvula 7, porque a água não pode fluir para cima. Se, entretanto, as válvulas 1, 2, 5 e 7 estiverem abertas, a água flui de F para H, porque a energia conservada durante o fluxo descendente da água através das válvulas 1, 2 e 5 é suficiente para permitir que ela force a água para cima através da válvula 7. De forma semelhante, as enzimas na via metabólica não podem converter o composto F diretamente em H, a menos que haja energia disponível; as enzimas são capazes de utilizar a energia das reações de conservação de energia para catalisar reações que requerem energia. Durante a oxidação enzimática catalisada dos carboidratos ao dióxido de carbono e à água, a energia é conservada na forma de um composto rico em energia, o trifosfato de adenosina (ATP). A energia em ATP é utilizada durante um processo de consumo de energia como a contração enzimática-catalítica do músculo.

Porque as necessidades das células e organismos variam, não só a atividade, mas também a síntese de enzimas deve ser regulada; por exemplo, as enzimas responsáveis pela atividade muscular em um músculo da perna devem ser ativadas e inibidas em momentos apropriados. Algumas células não precisam de certas enzimas; uma célula hepática, por exemplo, não precisa de uma enzima muscular. Uma bactéria não precisa de enzimas para metabolizar substâncias que não estão presentes no seu meio de crescimento. Algumas enzimas, portanto, não são formadas em certas células, outras são sintetizadas apenas quando necessário, e ainda outras são encontradas em todas as células. A formação e atividade das enzimas são reguladas não apenas por mecanismos genéticos, mas também por secreções orgânicas (hormônios) das glândulas endócrinas e por impulsos nervosos. Pequenas moléculas também desempenham um papel importante (veja abaixo Flexibilidade enzimática e controle alostárico).

Se uma enzima é defeituosa em algum aspecto, pode ocorrer doença. As enzimas representadas pelos números 1 a 4 no diagrama devem funcionar durante a conversão da substância inicial A para o produto E. Se um passo for bloqueado porque uma enzima é incapaz de funcionar, o produto E pode não ser formado; se E for necessário para alguma função vital, a doença resulta. Muitas doenças hereditárias e condições humanas resultam de uma deficiência de uma enzima. Algumas delas estão listadas na tabela. O albinismo, por exemplo, resulta de uma falta herdada de capacidade de sintetizar a enzima tirosinase, que catalisa um passo no caminho pelo qual o pigmento para a cor do cabelo e dos olhos é formado.