酶通过几种催化策略降低活化能来加速化学反应。与化学催化剂不同，酶在温和的温度、pH和压力条件下运作，并对其底物表现出显著的专一性。

催化循环

酶在活性位点（三维结构中的特定口袋或裂隙）结合其底物。结合通过互补的形状和化学相互作用发生，由锁钥模型或诱导契合模型描述。诱导契合模型通常更准确，因为酶通常会发生构象变化以优化围绕底物的催化基团。一旦结合，酶稳定过渡态（反应坐标上的高能中间体），从而降低活化能并加速反应。

酸碱催化

酸碱催化涉及酶与底物之间的质子转移。一般酸催化提供质子以稳定发展中的负电荷，而一般碱催化去除质子以增加基团的亲核性。许多酶使用氨基酸侧链作为质子供体或受体。组氨酸特别多功能，因为其咪唑基团的pKa接近中性，使其在生理pH下可作为酸或碱发挥作用。核糖核酸酶A使用两个组氨酸残基，一个作为一般碱，一个作为一般酸，来切割RNA。

共价催化

共价催化涉及酶与底物之间瞬时形成共价键，产生降低活化能的反应性中间体。然后共价中间体分解以再生游离酶。丝氨酸蛋白酶如胰凝乳蛋白酶使用丝氨酸、组氨酸和天冬氨酸的催化三联体。丝氨酸羟基攻击底物羰基碳，形成随后被水解的酰基-酶中间体。这种共价中间体阻止逆反应并加速正向途径。

金属离子催化

约三分之一的酶需要金属离子和辅因子才能具有催化活性。金属酶紧密结合锌、铁、铜或锰等金属离子作为其组成部分。金属激活酶与金属离子结合较不紧密，但需要它们才能具有活性。金属离子通过充当亲电催化剂、稳定负电荷、介导氧化还原反应或在活性位点定向底物来参与催化。碳酸酐酶使用锌离子激活水分子以攻击二氧化碳。细胞色素c氧化酶在电子转移和氧还原反应中使用铁和铜离子。

邻近和定向催化

酶通过将底物带至紧密接近并以正确的反应方向排列来提高反应速率。底物在活性位点的有效浓度可能比溶液中高出数千倍。这种熵优势减少了通常伴随过渡态形成的平移和旋转自由度的损失。活性位点结构精确地定向反应基团，进一步降低活化能。

过渡态稳定化

酶通过比基态底物更紧密地结合过渡态来实现其最大的催化效果。活性位点与过渡态结构互补而非与底物本身互补。这种选择性稳定可将活化能降低10至15 kcal/mol，对应于10⁷至10¹²倍的速率提升。过渡态类似物（模拟过渡态结构的分子）通常是强效的酶抑制剂，并已被开发为药物。过渡态稳定化的概念对于理解酶进化和酶抑制剂的设计至关重要。

静电催化

活性位点环境通常比水性体相溶剂化程度差，带电基团被定位以稳定过渡态中发展中的电荷。这种静电预组织减少了催化过程中电荷稳定所需的重组能。超氧化物歧化酶定向带电残基以稳定超氧阴离子过渡态，实现了已知最高的催化速率之一，仅受扩散限制。