Un biocatalizador es una molécula producida por los seres vivos que acelera una reacción química del metabolismo sin consumirse en ella y sin alterar el equilibrio final. Lo consigue rebajando la energía de activación, es decir, la energía mínima que los reactivos necesitan para transformarse; de este modo, reacciones que a la temperatura del organismo serían inviables transcurren a una velocidad adecuada. Al no consumirse, una misma molécula actúa repetidamente, por lo que basta con cantidades ínfimas.
Los principales biocatalizadores son las enzimas, que son proteínas de estructura terciaria o cuaternaria, muy específicas y regulables. Junto a ellas hay que citar las ribozimas, moléculas de ARN con actividad catalítica, como la peptidil transferasa del ribosoma, que demuestran que la catálisis no es exclusiva de las proteínas. Muchas enzimas necesitan además la colaboración de cofactores, ya sean iones metálicos, ya coenzimas de naturaleza orgánica.
El centro activo es una pequeña región de la superficie de la enzima, formada por unos pocos aminoácidos que están alejados en la secuencia pero que el plegamiento acerca en el espacio. Presenta una geometría y una distribución de cargas complementarias de las del sustrato, y en él se distinguen los aminoácidos de fijación, que lo sujetan, y los catalíticos, que intervienen en la transformación química.
El mecanismo consta de tres pasos. Primero, la enzima y el sustrato se unen por complementariedad y forman el complejo enzima-sustrato, mediante enlaces débiles; esta unión es la que explica la especificidad de la enzima. Después, ya dentro del centro activo, el sustrato se transforma en producto: el entorno del centro activo debilita determinados enlaces, orienta correctamente a los reactivos y estabiliza el estado de transición, con lo que la energía de activación disminuye. Por último, el producto, que ya no encaja en el centro activo, se libera y la enzima queda libre para un nuevo ciclo.
Este acoplamiento se explicó primero con el modelo de la llave y la cerradura de Fischer, que supone el centro activo rígido, y hoy se prefiere el modelo del ajuste inducido de Koshland: el centro activo es flexible y modifica ligeramente su forma al llegar el sustrato, ajustándose a él como una mano a un guante.