Eduard Buchner, der 1897 in München arbeitete, zerrieb Hefezellen unter hohem Druck, um eine reine Proteinfraktion zu gewinnen, und setzte als Konservierungsmittel eine konzentrierte Zuckerlösung zu. Der Zucker begann zu gären. Der zellfreie Hefesaft, in dem sich nirgends lebende Zellen fanden, erzeugte Kohlendioxid und Ethanol, genau als wären die Zellen noch am Leben. Die Gärung — von der Louis Pasteur behauptet hatte, sie setze einen lebenden Organismus voraus, das zentrale Schlachtfeld des Vitalismus im neunzehnten Jahrhundert — erwies sich als Chemie. Der wirkende Stoff war eine Substanz, keine Lebenskraft. Buchner nannte sie Zymase, erhielt 1907 den Nobelpreis für Chemie und stellte mit einer einzigen Arbeit die Grundlagen der Biologie neu. Die Proteine, die eine solche Katalyse leisten, nennen wir heute Enzyme.
Ein Enzym ist ein Protein (gelegentlich eine RNA), das eine bestimmte chemische Reaktion katalysiert, indem es deren Aktivierungsenergie senkt, ohne selbst verbraucht zu werden. Die Beschleunigungen sind ungeheuer. Die Carboanhydrase beschleunigt ihre Reaktion um den Faktor ~10⁷. Die OMP-Decarboxylase bringt es auf ~10¹⁷, die größte bekannte Ratensteigerung: Eine Reaktion, die unkatalysiert 78 Millionen Jahre dauern würde, ist damit in 18 Millisekunden abgeschlossen. Ohne Enzyme bräuchte die Chemie des Lebens länger, als das Universum existiert. Linus Paulings Theorie der Übergangszustandsstabilisierung von 1948 lieferte die einheitliche Erklärung: Ein Enzym bindet den Übergangszustand fester als Substrat oder Produkt und senkt die Aktivierungsenergie um die Differenz der Bindungsenergien. Der kinetische Rahmen kam früher. Leonor Michaelis und Maud Menten leiteten 1913 in Berlin die Beziehung v = V_max · [S] / (K_m + [S]) her; die schnellsten Enzyme arbeiten so rasch, wie sich Moleküle in Lösung überhaupt finden können. Emil Fischers Schlüssel-Schloss-Bild von 1894 fasste die Spezifität, verfehlte aber die Dynamik; Daniel Koshlands Modell der induzierten Passform korrigierte es 1958. Die katalytischen Strategien bilden eine kleine Gruppe — allgemeine Säure-Base-Katalyse, kovalente Katalyse, Metallionen-Katalyse (Zink in der Carboanhydrase, Magnesium in der DNA-Polymerase), elektrostatische Vororganisation (Arieh Warshels Nobelarbeit von 2013) —, und die meisten Enzyme verbinden mehrere davon. Thomas Cech (1982) und Sidney Altman (1983) entdeckten RNA-Enzyme — Ribozyme — und bewiesen, dass auch Nukleinsäuren Reaktionen katalysieren können; der gemeinsame Nobelpreis 1989 war ein gewichtiger Beleg für eine RNA-Welt vor dem heutigen Leben. Das Ribosom selbst, die proteinbauende Maschine jeder Zelle, ist in seinem katalytischen Kern ein Ribozym.
Enzyme sind die größte einzelne Klasse von Arzneimittelzielen: Rund die Hälfte aller von der FDA zugelassenen niedermolekularen Wirkstoffe sind Enzymhemmer. Statine blockieren die HMG-CoA-Reduktase in der Cholesterinbiosynthese; Aspirin acetyliert die Cyclooxygenase irreversibel; Imatinib (Glivec) hemmt die BCR-ABL-Tyrosinkinase, die die chronische myeloische Leukämie antreibt — der Prototyp der zielgerichteten Krebstherapie, dessen Nachfolger (mehr als 80 Tyrosinkinase-Hemmer im klinischen Einsatz) größtenteils durch Modellierung des aktiven Zentrums entworfen werden. β-Lactam-Antibiotika hemmen bakterielle Transpeptidasen; Nirmatrelvir (Paxlovid, 2021) zielt auf eine Protease von SARS-CoV-2. Das Enzym-Engineering durch gerichtete Evolution (Frances Arnold, Nobelpreis 2018) hat industrielle Enzyme für Biokraftstoffe hervorgebracht. Die generativen Modelle RFdiffusion und ProteinMPNN aus dem Labor von David Baker (Chemie-Nobelpreis 2024) entwerfen heute neuartige Enzyme von Grund auf, mit messbarer Aktivität für Reaktionen, die die Evolution nie hervorgebracht hat.