Kemiske reaktioner begynder med et eller flere stoffer, der indgår i reaktionen. Stofferne i vores celler og kropsvæv, der kommer ind i reaktionen, kaldes substrater. Det ene eller flere stoffer, der produceres ved en kemisk reaktion kaldes produkter.

Kemiske reaktioner er repræsenteret af kemiske ligninger ved at placere substratet / substraterne til venstre og produktet / produkterne til højre. Substrat (er) og produkt (er) er adskilt af en pil (\ (\ rightarrow \)), der angiver reaktionens retning og type. For eksempel opdeles lactose, det sukker, der findes i mælk, af vores fordøjelsessystem i to mindre sukkerarter, glucose og galactose. I denne reaktion er lactose substratet, og glucose og galactose er produkterne. Den kemiske ligning for denne reaktion er:

Lactose \ (\ rightarrow \) Glucose + Galactose

Metabolisme refererer til summen af alle kemiske reaktioner, der sker i en levende organisme. Der er tre hovedtyper af kemiske reaktioner, der er vigtige i menneskelig fysiologi, syntese (anabolsk), nedbrydning (katabolisk) og udveksling.

1. I en syntesereaktion (syn- = sammen; -tese = “sæt , placer, sæt “), to eller flere substratmolekyler binder kovalent til dannelse af et større produktmolekyle.
   Syntese-reaktioner kræver energi for at danne bindingen (-erne). En syntesereaktion er ofte symboliseret som A + B \ (\ rightarrow \) AB, hvor A og B er substraterne, og AB er produktet. Syntesereaktioner kan også kaldes anabolske eller konstruktive aktiviteter i en celle.
2. I en nedbrydningsreaktion (de-off , væk = -sammensætning = “at sammensætte,
   arrangere”), kovalente bindinger mellem komponenter i et større substratmolekyle nedbrydes til dannelse af mindre produktmolekyler. Nedbrydningsreaktioner frigiver energi, når kovalente bindinger i substratet nedbrydes. En nedbrydningsreaktion symboliseres ofte som AB \ (\ rightarrow \) A + B; hvor AB er substratet, og A og B er produkterne. Forskellige typer af nedbrydningsreaktioner kan også kaldes fordøjelses-, hydrolyse-, nedbrydnings- og nedbrydningsreaktioner. Nedbrydningsreaktioner er grundlaget for alle kataboliske aktiviteter eller nedbrydningsaktiviteter i en celle.
3. I en udvekslingsreaktion opdeles kovalente bindinger begge og reformeres derefter på en måde, så komponenterne i substraterne omarrangeres for at gøre forskellige produkter. En udvekslingsreaktion symboliseres ofte som AB + CD \ (\ rightarrow \) AC + BD. I denne udvekslingsreaktion blev de kovalente bindinger mellem A og B og mellem C og D brudt; og der blev dannet nye kovalente bindinger mellem A og C og B og D.

Nogle metaboliske reaktioner kaldes irreversible reaktioner. Dette betyder, at
-produkt (er) ikke kan ændres eller “vendes” tilbage til substrater. Disse reaktioner er repræsenteret med en enkelt pil som i A + B \ (\ rightarrow \) C.

For eksempel:

Glucose + Oxygen \ (\ rightarrow \) Kuldioxid + Vand

Bemærk: Dette er en type katabolisk reaktion (det større glukosemolekyle er opdelt til mindre kuldioxidmolekyler) relateret til cellulær energiproduktion. I dyreceller såsom mennesker er dette en irreversibel reaktion.

Andre metaboliske reaktioner kaldes reversible reaktioner. Dette betyder, at reaktionen kan gå fra substrater til produkt (er) eller fra produkt (er) tilbage til substrater. Produktet / produkterne kan ændres tilbage til eller “vendes” til substrater. De er repræsenteret med en dobbeltpil som i A + B \ (\ leftrightarrow \) C + D.

For eksempel:

Glykogen + vand \ (\ leftrightarrow \) glukose

Bemærk: Når celler har brug for energi, er glykogen (et større molekyle anvendt som energi opbevares i nogle celler) kan kataboliseres til mindre glukosemolekyler, som derefter kan kataboliseres yderligere for at give energi til cellefunktioner. Når celler ikke har brug for så meget energi, eller når glukoseniveauerne er meget høje, syntetiseres glykogen fra de mindre glukosemolekyler. For eksempel syntetiserer muskelceller glykogen, når de hviler, og kataboliserer glykogen, når de trækker sig sammen. Hvilken vej denne reversible reaktion forløber, afhænger af kroppens behov.

I kroppen er syntesereaktioner (mindre molekyler til større molekyle, kræver energi) og nedbrydningsreaktioner (større molekyle til mindre molekyler, frigiver energi) ofte forbundet med dannelse og nedbrydning af henholdsvis vandmolekyler. En dehydratiseringssyntesereaktion er en type syntesereaktion, der gør vand til et biprodukt. En hydrolysereaktion er en type nedbrydningsreaktion, der bruger vand.

I dehydratiseringssyntese (de- = “off, remove”; hydrate = “water”) vist i figur \ (\ PageIndex {2} \), er to monomerer bundet kovalent i en reaktion, hvor den ene opgiver en hydroxylion (-OH-) og den anden en hydrogenion (-H +). Monomer 1 og monomer 2 er substraterne til venstre, og “monomerer forbundet med en kovalent binding” er produktet til højre. Produktet vist her kaldes også en dimer (di- = to, mer = del). OH – og H + kombineres for at danne et vandmolekyle, der frigives som et biprodukt. Dette kan være forvirrende, fordi der dannes vand under syntese af dehydrering. Det større produkt er blevet dehydreret (mistet vandet).

Figur \ (\ PageIndex {2} \) Eksempel på dehydratiseringssyntese: to glukosemolekyler (substrater til venstre for pilen) danner en kovalent binding til dannelse af et maltosemolekyle (produkt til højre for pilen). OH- og H + vist i rødt kombineres med hinanden til dannelse af H2O (også vist i rødt)

I hydrolysereaktionen vist i figur \ (\ PageIndex {3} \), (hydro- = “vand”; -lysis = “nedbrydning, en løsning, en opløsning”) opdeles den kovalente binding mellem to monomerer ved tilsætning af en hydrogenion (H +) til den ene og en hydroxylion (OH-) til den anden. Disse to ioner kommer fra opdeling af et vandmolekyle, H2O, i H + og OH-. Dimeren (monomerer forbundet med en kovalent binding til venstre) er substratet, og monomer 1 og monomer 2 til højre er produkterne.

Store molekyler sammensat af hundreder eller tusinder af atomer kaldes makromolekyler. Mange makromolekyler er sammensat af gentagne enheder af samme byggesten, svarende til en perlehalskæde, der består af mange perler. Polymerer (poly- = “mange”; meros = “del”) er langkædede, store organiske molekyler (makromolekyler) samlet fra mange kovalent bundne mindre molekyler kaldet monomerer. Polymerer består af mange gentagne monomerenheder i lange kæder, undertiden med forgrening eller tværbinding mellem kæderne.

Tre af de fire tidligere klassificerede organiske molekyler, dvs. kulhydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer er ofte polymerer fremstillet af mindre monomere underenheder (lipider er ikke). For eksempel er proteiner polymerer fremstillet af mange kovalent bundne mindre molekyler, monomerer, kaldet aminosyrer. Hver af disse klasser betragtes mere detaljeret nedenfor.

Figur \ (\ PageIndex {3} \) To-dimensionel visning af proteininsulinet. Insulin er en polymer fremstillet af kovalent forbundne monomerer kaldet aminosyrer (vist som grønne kugler).