Chemické reakce začínají jednou nebo více látkami, které vstupují do reakce. Látky v našich buňkách a tělesných tkáních, které vstupují do reakce, se nazývají substráty. Jedna nebo více látek produkovaných chemickou reakcí se nazývá produkty.

Chemické reakce jsou reprezentovány chemickými rovnicemi umístěním substrátu (y) nalevo a produktu (y) napravo. Substrát (y) a produkt (y) jsou odděleny šipkou (\ (\ rightarrow \)), která označuje směr a typ reakce. Například laktóza, cukr nacházející se v mléce, je naší trávicí soustavou rozdělena na dva menší cukry, glukózu a galaktózu. Při této reakci je substrátem laktóza a produkty jsou glukóza a galaktóza. Chemická rovnice pro tuto reakci je:

Laktóza \ (\ rightarrow \) Glukóza + Galaktóza

Metabolismus označuje souhrn všech chemických reakcí probíhajících v živém organismu. Ve fyziologii člověka jsou důležité tři hlavní typy chemických reakcí, syntéza (anabolická), rozklad (katabolická) a výměna.

1. Při syntéze (syn- = společně; -thesis = „put , place, set ”), dva nebo více molekul substrátu se kovalentně váže a tvoří větší molekulu produktu.
   Syntetické reakce vyžadují energii pro vytvoření vazby. Syntetická reakce je
   často symbolizována jako A + B \ (\ rightarrow \) AB, kde A a B jsou substráty, a AB je produkt. Syntetické reakce lze také nazývat anabolické nebo konstruktivní aktivity v buňce.
2. Při rozkladné reakci (de-off , away = -composition = „dát dohromady, uspořádat“), kovalentní vazby mezi složkami větší molekuly substrátu se rozloží a vytvoří menší molekuly produktu. Při rozkladu kovalentních vazeb v substrátu uvolňují reakce rozkladu energii. Reakce rozkladu je často symbolizována jako AB \ (\ rightarrow \) A + B; kde AB je substrát a A a B jsou produkty. Různé typy rozkladných reakcí lze také označovat jako reakce trávení, hydrolýza, rozklad a degradace. Dekompoziční reakce jsou základem všech katabolických nebo rozpadových aktivit v buňce.
3. Při výměnné reakci se kovalentní vazby rozkládají a poté se reformují tak, že se přemění složky substrátů tak, aby různé výrobky. Výměnná reakce je často symbolizována jako AB + CD \ (\ rightarrow \) AC + BD. V této výměnné reakci byly kovalentní vazby mezi A a B a mezi C a D přerušeny; a byly vytvořeny nové kovalentní vazby mezi A a C a B a D.

Některé metabolické reakce se nazývají nevratné. To znamená, že
produkty nelze měnit nebo „převracet“ zpět na substráty. Tyto reakce jsou
reprezentovány jedinou šipkou jako v A + B \ (\ rightarrow \) C.

Například:

Glukóza + kyslík \ (\ rightarrow \) oxid uhličitý + voda

Poznámka: Toto je typ katabolické reakce (větší molekula glukózy se rozkládá) na menší molekuly oxidu uhličitého) související s produkcí buněčné energie. Ve zvířecích buňkách, jako jsou lidé, jde o nevratnou reakci.

Další metabolické reakce se nazývají reverzibilní reakce. To znamená, že reakce může probíhat od substrátů na produkt (y) nebo z produktu (produktů) zpět na substráty. Produkt (y) lze změnit zpět na nebo „obráceně“ na substráty. Jsou reprezentovány dvojitou šipkou jako v A + B \ (\ leftrightarrow \) C + D.

Například:

Glykogen + Voda \ (\ leftrightarrow \) Glukóza

Poznámka: Když buňky potřebují energii, glykogen (větší molekula použitá jako energie v některých buňkách) mohou být katabolizovány na menší molekuly glukózy, které pak mohou být dále katabolizovány, aby poskytly energii pro funkce buněk. Když buňky nepotřebují tolik energie, nebo když jsou hladiny glukózy velmi vysoké, glykogen se syntetizuje z menších molekul glukózy. Například svalové buňky syntetizují glykogen při odpočinku a katabolizují glykogen při kontrakci. Jakým způsobem bude tato reverzibilní reakce probíhat, závisí na potřebách těla.

V těle jsou často spojeny reakce syntézy (menší molekuly na větší molekulu, vyžaduje energii) a rozkladné reakce (větší molekula na menší molekuly, uvolňuje energii) vznik a rozpad molekul vody. Reakce dehydratační syntézy je typ syntézy, při níž se voda stává vedlejším produktem. Hydrolýzní reakce je typ rozkladné reakce, při které se používá voda.

Při dehydratační syntéze (de- = „vypnuto, odebrat“; hydrát = „voda“) zobrazené na obrázku \ (\ PageIndex {2} \), dva monomery jsou kovalentně vázány v reakci, při které se jeden vzdá hydroxylového iontu (-OH-) a druhého vodíkového iontu (-H +). Monomer 1 a monomer 2 jsou substráty vlevo a „monomery spojené kovalentní vazbou“ je produkt vpravo. Zde zobrazený produkt se také nazývá dimer (di- = dva, mer = část). OH – a H + se spojí a vytvoří molekulu vody, která se uvolňuje jako vedlejší produkt. To může být matoucí, protože voda se vyrábí během dehydratační syntézy. Větší produkt byl dehydratován (ztratil vodu).

Obrázek \ (\ PageIndex {2} \) Příklad syntézy dehydratace: dvě molekuly glukózy (substráty na levé straně šipky) tvoří kovalentní vazbu za vzniku molekuly maltózy (produkt na pravé straně šipky). Červené a OH- a H + se navzájem kombinují a tvoří H2O (také červené)

V hydrolýzní reakci zobrazené na obrázku \ (\ PageIndex {3} \), (hydro- = „voda“; -lysis = „rozpad, uvolnění, rozpuštění“) je kovalentní vazba mezi dvěma monomery rozdělena přidáním vodíkového iontu (H +) na jeden a hydroxylový ion (OH-) na druhý. Tyto dva ionty pocházejí z rozdělení molekuly vody, H2O, na H + a OH-. Dimer (monomery spojené kovalentní vazbou vlevo) je substrát a monomer 1 a monomer 2 vpravo jsou produkty.

Velké molekuly složené ze stovek nebo tisíců atomů se nazývají makromolekuly. Mnoho makromolekul se skládá z opakujících se jednotek stejného stavebního bloku, podobně jako perlový náhrdelník složený z mnoha perel. Polymery (poly- = „many“; meros = „part“) jsou dlouhé řetězce, velké organické molekuly (makromolekuly) sestavené z mnoha kovalentně vázaných menších molekul nazývaných monomery. Polymery se skládají z mnoha opakujících se monomerních jednotek v dlouhých řetězcích, někdy s větvením nebo zesítěním mezi řetězci.

Tři ze čtyř dříve identifikovaných tříd organických molekul, tj. Sacharidy, lipidy, proteiny a nukleové kyseliny jsou často polymery vyrobené z menších monomerních podjednotek (lipidy nejsou). Například proteiny jsou polymery vyrobené z mnoha kovalentně vázaných menších molekul, monomerů, nazývaných aminokyseliny. Každá z těchto tříd je podrobněji popsána níže.

Obrázek \ (\ PageIndex {3} \) Dvojrozměrný pohled na proteinový inzulín. Inzulin je polymer vyrobený z kovalentně vázaných monomerů nazývaných aminokyseliny (zobrazeny jako zelené kuličky).