Toda la materia está formada por moléculas. Muchas moléculas pueden coexistir pacíficamente casi indefinidamente. Algunas moléculas, sin embargo, provocan algún tipo de reacción cuando entran en contacto con determinadas moléculas. Para que se produzca esta reacción, las moléculas deben estar muy juntas y en una orientación particular. La energía de activación también está involucrada en muchas reacciones, porque típicamente, las reacciones también involucran la ruptura de enlaces preexistentes.
A menudo se requiere una cantidad sustancial de energía para que se produzca una reacción química, debido a la fuerza de los enlaces que deben romperse. La cantidad de energía de activación requerida para iniciar una reacción a menudo se denomina barrera de energía. Esta energía rara vez la proporcionan las moléculas que chocan, por lo que se necesitan otros factores para ayudar a las moléculas a despejar la barrera energética y facilitar la reacción química. El calor, un factor físico, y la adición de una enzima apropiada, un factor químico, son dos ejemplos de factores que activan moléculas.
Una vez que ha comenzado una reacción química, a menudo libera suficiente energía, generalmente en forma de calor, para activar la siguiente reacción y así sucesivamente en una reacción en cadena. Eso es precisamente lo que ocurre con un incendio. La madera puede permanecer en una pila de leña durante años sin estallar en llamas espontáneamente. Una vez que se prende fuego, activado por una chispa, literalmente se consume a sí mismo ya que el calor que se libera suministra la energía de activación para mantener el resto de la madera ardiendo. Calentar una mezcla aumentará la velocidad de la reacción.
Para la mayoría de las reacciones biológicas, el calentamiento no es práctico ya que la temperatura corporal se limita a un rango muy pequeño. El calor solo se puede utilizar como una forma de superar la barrera energética hasta un grado muy limitado antes de que las células se dañen. Para que tengan lugar las reacciones de la vida, las células deben usar enzimas para reducir selectivamente la energía de activación de las reacciones.
Las enzimas son moléculas de proteínas que actúan como catalizadores biológicos. Un catalizador es una molécula que acelera una reacción química, pero permanece sin cambios al final de la reacción. Casi todas las reacciones metabólicas que tienen lugar dentro de un organismo vivo son catalizadas por una enzima. Las enzimas tienen formas tridimensionales precisas y poseen un sitio activo, que es donde una molécula puede unirse a la enzima. La forma del sitio activo permite que ciertas moléculas se unan perfectamente, por lo que cada tipo de enzima generalmente actuará sobre un solo tipo de molécula, llamada molécula de sustrato. Las reacciones que son catalizadas por enzimas tendrán lugar rápidamente a temperaturas mucho más bajas que sin ellas.
Por ejemplo, durante la respiración, las moléculas de glucosa reaccionan con las de oxígeno y se descomponen para formar dióxido de carbono y agua y liberar energía. Debido a que la glucosa y el oxígeno no son reactivos de forma natural, se debe agregar una pequeña cantidad de energía de activación para iniciar el proceso de respiración. Cuando una de las moléculas de sustrato se une a la enzima requerida, la forma de la molécula cambiará ligeramente. Esto, a su vez, facilita que esa molécula se una a otras moléculas o se transforme en el producto de la reacción. Como tal, la enzima ha reducido la energía de activación de la reacción o ha facilitado que tenga lugar la reacción.
Si la barrera energética no existiera, las complejas moléculas de alta energía de las que depende la vida serían inestables y se descompondrían mucho más fácilmente. Por tanto, la barrera de energía de activación evita que se produzcan la mayoría de las reacciones. Esto asegura un entorno estable para todos los seres vivos.