Katalytische Aktivität ist die Erhöhung der Geschwindigkeit und Energie einer chemischen Reaktion durch einen Stoff, der selbst bei der Reaktion nicht verändert wird. In biologischen Systemen wird es von Enzymen durchgeführt, die für normale Lebensprozesse unerlässlich sind. Durch die Verringerung der notwendigen Energie, die zum Initiieren einer Reaktion erforderlich ist, erhöhen enzymatische Wege die Geschwindigkeit, mit der Zellen wesentliche chemische Funktionen ausführen. Die Katalyse wird durch regulierende Enzyme gesteuert. Einige davon beinhalten Veränderungen der Enzymstruktur, während andere durch eine Veränderung der zellulären Umgebung, in der die katalytische Aktivität stattfindet, wirken.
In der allgemeinen Chemie ist katalytische Aktivität oder Katalyse jede Änderung – Erhöhung oder Verringerung – der Reaktionsgeschwindigkeit durch ein Agens, das durch den Prozess chemisch nicht verändert wird. In der Industrie kann dies eine beliebige Anzahl von Mitteln bedeuten, die verwendet werden, um die Geschwindigkeit und die Ausbeute von Reaktionen zu erhöhen, aber in der Biochemie bezieht sich katalytische Aktivität auf die Arbeit von Enzymen, den Proteinen, die in allen Organismen vorkommen und die meisten Zellfunktionen einschließlich des Stoffwechsels vermitteln. Wenn überhaupt, würden nur wenige biologische Prozesse mit einer Geschwindigkeit ablaufen, die ausreicht, um das Leben ohne enzymatische Katalyse aufrechtzuerhalten.
Manche Reaktionen würden ohne die katalytische Aktivität von Enzymen überhaupt nicht ablaufen. Normalerweise haben viele Moleküle eine Energiebarriere, um miteinander zu reagieren. Diese als Aktivierungsenergie bezeichnete Grenze muss überwunden werden, damit chemische Reaktionen ablaufen können.
In einigen Fällen bedeutet ein hoher Schwellenwert für die Aktivierungsenergie, dass die Reaktanten wahrscheinlich nicht oder nur langsam reagieren. Wenn Enzyme vorübergehend an einen oder mehrere Reaktanten binden, wird die erforderliche Aktivierungsenergie gesenkt und die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigt. Enzyme können auch die Aktivierung anderer Enzyme hemmen und den Prozess verlangsamen.
Enzymatische Aktivität führt oft zu mehrstufigen biochemischen Reaktionen, die jeweils auf einem anderen Katalysator beruhen und vom Produkt des vorherigen Schrittes abhängig sind. Physikalisch tritt die katalytische Aktivität vieler verschiedener Enzyme in derselben Zellorganelle auf, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigt wird. Änderungen des pH-Werts und der Temperatur können bis zu einem gewissen Grad synergetisch wirken, um das Tempo der Katalyse zu erhöhen. Temperaturen über einen bestimmten Bereich hinaus können die Struktur der Proteine eines Enzyms schädigen und es handlungsunfähig machen.
In biologischen Systemen wird die katalytische Aktivität durch verschiedene Mechanismen reguliert. Enzyme werden normalerweise aus inaktiven Vorläuferproteinen hergestellt, und diese werden erst durch die Wirkung eines anderen Enzyms oder eine Umweltveränderung wie eine Bewegung vom Inneren der Zelle nach außen aktiv. Die Rückkopplungshemmung reduziert die Katalyse, wenn sich das Produkt eines oder mehrerer enzymatischer Wege in der Zelle ansammelt, wodurch die weitere Freisetzung oder Herstellung des Enzyms blockiert wird, das die anfängliche Reaktion katalysiert hat. In ähnlicher Weise erhöhen verringerte Mengen der Reaktionsprodukte die Produktion des Enzyms.