Les enzymes à plusieurs substrats sont des enzymes qui nécessitent la présence de plusieurs molécules de substrat pour catalyser une réaction. Ces types d'enzymes sont impliqués dans de nombreuses voies métaboliques essentielles et permettent souvent des réactions de transfert de groupes fonctionnels entre substrats. Les mécanismes par lesquels ces enzymes fonctionnent peuvent varier et sont cruciales dans divers processus biologiques.

Dans ce type d'enzyme, tous les substrats doivent se lier à l'enzyme avant que la réaction ne puisse avoir lieu. Les enzymes de type séquentiel peuvent être subdivisées en mécanismes ordonnés et aléatoires. Dans un mécanisme ordonné, les substrats se lient à l'enzyme dans une séquence spécifique. En revanche, dans un mécanisme aléatoire, les substrats peuvent se lier dans n'importe quel ordre.

Dans le mécanisme de type ping-pong, un substrat se lie à l'enzyme et réagit pour libérer un produit avant que le second substrat ne se lie. Cette interaction engendre un intermédiaire modifié de l'enzyme qui réagit alors avec le second substrat pour donner le second produit et régénérer l'enzyme initiale. Les enzymes à mécanisme ping-pong sont communément observées dans les réactions transaminases et certaines réactions de transfert de groupes.

Le mécanisme ordonné est un type de mécanisme séquentiel où les substrats se lient dans un ordre défini. Par exemple, les « déshydrogénases » sont des enzymes qui agissent souvent via un mécanisme ordonné. L'enzyme, souvent une oxydoréductase, se lie tout d'abord à un cofacteur comme NAD+ avant de permettre l'adhésion du second substrat.

Dans les mécanismes aléatoires, l'ordre de liaison des substrats à l'enzyme est flexible. L'enzyme créatine kinase est un exemple d'enzyme qui utilise un mécanisme aléatoire, où les molécules ATP et créatine peuvent se lier à l'enzyme dans n'importe quel ordre pour former le produit créatine phosphate.

Le mécanisme ping-pong implique une alternance entre l'union et la libération des substrats et produits. Les enzymes comme l'aspartate aminotransférase emploient ce mécanisme, dans lequel une forme modifiée de l'enzyme (souvent phosphorylée ou aminée) est créée temporairement lors de la catalyse.

Les enzymes à plusieurs substrats sont fondamentales pour la régulation de nombreuses voies métaboliques. Elles interviennent dans le métabolisme des acides aminés, le cycle de Krebs, et la glycolyse, jouant des rôles cruciaux dans la production d'énergie et la biosynthèse. Par leur capacité à catalyser des réactions multi-substrats, ces enzymes permettent une coordination finement réglée des processus métaboliques dans la cellule, influençant la vitesse des réactions et la disponibilité des substrats nécessaires à la vie cellulaire.