תמיסת מי חמצן שנשארת בבקבוק סגור מתפרקת לאט כל כך שהיא נשמרת חודשים. הוסיפו אליה טיפה של רסק תפוחי אדמה, והיא תרתח בקצף תוך שניות — ולא מפני שהתגובה השתנתה, אלא מפני שנוסף לה אנזים.

כל תגובה כימית דורשת שהמולקולות המגיבות יגיעו תחילה למצב ביניים לא יציב, שבו קשרים ישנים כבר נחלשים וקשרים חדשים עדיין לא נוצרו. כמות האנרגיה הדרושה כדי להגיע למצב הזה נקראת אֶנֶרְגִּיַּת שִׁפְעוּל(Activation energy). בכל רגע נתון רק לחלק זעיר מן המולקולות יש די אנרגיה תנועתית לחצות את המחסום, ולכן התגובה איטית. אֶנְזִים(Enzyme) הוא זָרָז(Catalyst) ביולוגי: חלבון שמנמיך את מחסום האנרגיה הזה, וכך מגדיל בבת אחת את שיעור המולקולות שמסוגלות לחצות אותו.

המספרים ממחישים את גודל האפקט. פירוק מי חמצן ללא זרז דורש אנרגיית שפעול של כ-75 קילו-ג'אול למול; בנוכחות פלטינה כזרז אל-אורגני היא יורדת לכ-49; ובנוכחות האנזים קטלאז היא יורדת אל מתחת ל-8. מולקולת קטלאז אחת מפרקת בתנאים אופטימליים עד כ-40 מיליון מולקולות מי חמצן בשנייה.

ההנמכה הזאת אינה קורית על פני כל החלבון אלא בכיס קטן ומוגדר שנקרא אֲתָר פָּעִיל(Active site). בדרך כלל משתתפות בו רק כמה חומצות אמינו מתוך מאות, והן רחוקות זו מזו ברצף — הקיפול השלישוני הוא שמקרב אותן במרחב לצורה ולסידור מטענים מסוימים. שאר החלבון אינו מיותר: הוא המחזיק את גאומטריית האתר הפעיל.

המולקולה שהאנזים פועל עליה נקראת מָצְעָן(Substrate). רצף האירועים הוא: המצען מגיע לאתר הפעיל בתנועה אקראית ← נוצר קוֹמְפְּלֶקְס אֶנְזִים־מָצְעָן(Enzyme-substrate complex) ← האתר הפעיל מותח ומאמץ את הקשרים במצען ומקרב את המגיבים בזווית נוחה ← נוצר תּוֹצָר(Product) ← צורת התוצר אינה מתאימה עוד לאתר, הוא משתחרר ← האנזים חוזר לצורתו המקורית ופנוי למצען הבא.

מכאן נובעת הסְפֶּצִיפִיּוּת(Specificity) של האנזים: רק מולקולה שצורתה, מטענה וקוטביותה משלימים לאתר הפעיל נקשרת בו ביציבות. סוכראז מפרק סוכרוז בלבד ואינו מפרק מלטוז, אף ששניהם דו-סוכרים בגודל דומה, מפני שסידור הקשרים באתר הפעיל מתאים רק לאחד מהם. לתיאור ההתאמה הזאת משתמשים במוֹדֶל הַמַּנְעוּל וְהַמַּפְתֵּחַ(Lock and key model). האנלוגיה מועילה, אך היא נשברת בנקודה אחת: מנעול ומפתח הם קשיחים, ואילו האתר הפעיל גמיש ומשנה מעט את צורתו סביב המצען בעת הקשירה, ובכך מהדק את ההתאמה.

מה תפקיד המיטוכונדריון בתא?