Kemialliset reaktiot alkavat yhdellä tai useammalla reaktioon menevällä aineella. Aineita soluissamme ja kehon kudoksissa, jotka pääsevät reaktioon, kutsutaan substraateiksi. Yhtä tai useampaa kemiallisen reaktion tuottamaa ainetta kutsutaan tuotteiksi.

Kemiallisia reaktioita edustavat kemialliset yhtälöt sijoittamalla substraatti (t) vasemmalle ja tuote (t) oikealle. Substraatti (t) ja tuote (tuotteet) erotetaan nuolella (\ (\ rightarrow \)), joka osoittaa reaktion suunnan ja tyypin. Esimerkiksi laktoosi, maidossa oleva sokeri, hajotetaan ruoansulatuskanavallamme kahteen pienempään sokeriin, glukoosiin ja galaktoosiin. Tässä reaktiossa laktoosi on substraatti, ja glukoosi ja galaktoosi ovat tuotteita. Tämän reaktion kemiallinen yhtälö on:

Laktoosi \ (\ rightarrow \) Glukoosi + galaktoosi

Metabolia viittaa kaikkien elävässä organismissa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden summaan. Ihmisen fysiologiassa tärkeitä kemiallisia reaktioita on kolme, synteesi (anabolinen), hajoaminen (katabolinen) ja vaihto.

1. Synteesireaktiossa (syn- = yhdessä; -thesis = ”put , paikka, aseta ”), kaksi tai useampia substraattimolekyylejä sitoutuu kovalenttisesti muodostaen suuremman tuotemolekyylin.
   Synteesireaktiot vaativat energiaa sidoksen (sidosten) muodostamiseksi. Synteesireaktio on usein symbolina A + B \ (\ rightarrow \) AB, jossa A ja B ovat substraatteja ja AB on tuote. Synteesireaktioita voidaan kutsua myös anabolisiksi tai rakentaviksi aktiivisuuksiksi solussa.
2. Hajoamisreaktiossa (poista , pois = -koostumus = ”yhdistäminen,
   järjestäminen”), kovalenttiset sidokset suuremman substraattimolekyylin komponenttien välillä hajotetaan muodostamaan pienempiä tuotemolekyylejä. Hajoamisreaktiot vapauttavat energiaa, kun substraatin kovalenttiset sidokset hajoavat. Hajoamisreaktio on usein symbolina AB \ (\ rightarrow \) A + B; missä AB on substraatti ja A ja B ovat tuotteita. Eri tyyppisiä hajoamisreaktioita voidaan kutsua myös pilkkomis-, hydrolyysi-, hajoamis- ja hajoamisreaktioksi. Hajoamisreaktiot ovat kaiken solun katabolisten eli hajoamistoimien perusta.
3. Vaihtoreaktiossa kovalenttiset sidokset hajotetaan ja reformoidaan sitten siten, että substraattien komponentit järjestetään uudelleen. erilaisia tuotteita. Vaihtoreaktio on usein symbolina AB + CD \ (\ rightarrow \) AC + BD. Tässä vaihtoreaktiossa kovalenttiset sidokset A: n ja B: n sekä C: n ja D: n välillä katkesivat; ja muodostettiin uusia kovalenttisia sidoksia A: n ja C: n sekä B: n ja D: n välille.

Joitakin metabolisia reaktioita kutsutaan peruuttamattomiksi reaktioksi. Tämä tarkoittaa, että
-tuotetta (-tuotteita) ei voi muuttaa tai ”kääntää” takaisin substraateiksi. Nämä reaktiot on
esitetty yhdellä nuolella kuten A + B \ (\ rightarrow \) C.

Esimerkiksi:

Glukoosi + happi \ (\ rightarrow \) Hiilidioksidi + vesi

Huomaa: Tämä on eräänlainen katabolinen reaktio (suurempi glukoosimolekyyli on jaoteltu pienempiin hiilidioksidimolekyyleihin), jotka liittyvät solun energiantuotantoon. Eläinsoluissa, kuten ihmisissä, tämä on peruuttamaton reaktio.

Muita metabolisia reaktioita kutsutaan palautuviksi reaktioksi. Tämä tarkoittaa, että reaktio voi edetä substraateista tuotteeksi tai tuotteista takaisin tuotteiksi. Tuote (tuotteet) voidaan muuttaa takaisin tai ”kääntää” substraateiksi. Ne on esitetty kaksoisnuolella kuten A + B \ (\ Leftrightarrow \) C + D.

Esimerkiksi:

Glykogeeni + vesi \ (\ Leftrightarrow \) Glukoosi

Huomaa: Kun solut tarvitsevat energiaa, glykogeeni (suurempi molekyyli, jota käytetään energiana varastoida joissakin soluissa) voidaan kataboloida pienemmiksi glukoosimolekyyleiksi, jotka voidaan sitten edelleen kataboloida energian tuottamiseksi solutoiminnoille. Kun solut eivät tarvitse niin paljon energiaa tai kun glukoosipitoisuudet ovat erittäin korkeat, glykogeeni syntetisoidaan pienemmistä glukoosimolekyyleistä. Esimerkiksi lihassolut syntetisoivat glykogeenia lepotilassa ja katabolisoivat glykogeenin supistuessaan. Millä tavalla tämä palautuva reaktio etenee, riippuu kehon tarpeista.

Elimistössä synteesireaktiot (pienemmistä molekyyleistä suurempiin molekyyleihin tarvitaan energiaa) ja hajoamisreaktiot (suuremmasta molekyylistä pienempiin molekyyleihin, vapauttaa energiaa) liittyvät usein vastaavasti vesimolekyylien muodostuminen ja hajoaminen. Dehydraatiosynteesireaktio on eräänlainen synteesireaktio, joka tekee vedestä sivutuotteen. Hydrolyysireaktio on eräänlainen hajoamisreaktio, joka käyttää vettä.

Dehydraatiosynteesissä (de- = ”pois, poista”; hydraatti = ”vesi”) näkyy kuvassa \ (\ PageIndex {2} \), kaksi monomeeria sitoutuu kovalenttisesti reaktiossa, jossa toinen antaa hydroksyyli-ionin (-OH-) ja toinen vetyionin (-H +). Monomeeri 1 ja monomeeri 2 ovat substraatteja vasemmalla, ja ”kovalenttisella sidoksella liitetyt monomeerit” on oikealla oleva tuote. Tässä esitettyä tuotetta kutsutaan myös dimeeriksi (di- = kaksi, mer = osa). OH – ja H + yhdistyvät muodostaen vesimolekyylin, joka vapautuu sivutuotteena. Tämä voi olla hämmentävää, koska vettä syntyy dehydraatiosynteesin aikana. Suurempi tuote on dehydratoitu (kadonnut vesi).

Kuva \ (\ PageIndex {2} \) Esimerkki dehydraatiosynteesistä: kaksi glukoosimolekyyliä (substraatit) nuolen vasemmalla puolella) muodostavat kovalenttisen sidoksen maltoosimolekyylin muodostamiseksi (tuote nuolen oikealla puolella). Punaisena näkyvät OH- ja H + -yhdistelmät muodostavat H2O: n (myös punaisella)

Kuvassa \ (\ PageIndex {3} \) esitetyssä hydrolyysireaktiossa (hydro- = ”vesi”; -lysis = ”hajoaminen, löystyminen, liukeneminen”) kahden monomeerin välinen kovalenttinen sidos jakautuu lisäämällä vetyionia (H +) hydroksyyli-ioni (OH-) toiselle. Nämä kaksi ionia ovat peräisin vesimolekyylin H20 hajoamisesta H +: ksi ja OH-: ksi. Dimeeri (vasemmanpuoleisella kovalenttisella sidoksella liitetyt monomeerit) on substraatti, ja oikealla olevat monomeeri 1 ja monomeeri 2 ovat tuotteita.

Suuria, satoja tai tuhansia atomeja sisältäviä molekyylejä kutsutaan makromolekyyleiksi. Monet makromolekyylit koostuvat saman rakennuspalikan toistuvista yksiköistä, samanlaisia kuin helmikoru, joka koostuu monista helmistä. Polymeerit (poly- = ”monet”; meros = ”osa”) ovat pitkäketjuisia, suuria orgaanisia molekyylejä (makromolekyylejä), jotka on koottu monista kovalenttisesti sitoutuneista pienemmistä molekyyleistä, joita kutsutaan monomeereiksi. Polymeerit koostuvat monista toistuvista monomeeriyksiköistä pitkissä ketjuissa, joskus haarautumalla tai silloittumalla ketjujen välillä.

Kolme neljästä aiemmin tunnistetusta orgaanisten molekyylien luokasta, eli hiilihydraatit, lipidit, proteiinit ja nukleiinihapot ovat usein polymeerejä, jotka on valmistettu pienemmistä monomeeri-alayksiköistä (lipidit eivät ole). Esimerkiksi proteiinit ovat polymeerejä, jotka on valmistettu monista kovalenttisesti sitoutuneista pienemmistä molekyyleistä, monomeereistä, joita kutsutaan aminohapoiksi. Kutakin näistä luokista tarkastellaan tarkemmin jäljempänä.

Kuva \ (\ PageIndex {3} \) Kaksiulotteinen näkymä proteiini-insuliinista. Insuliini on polymeeri, joka on valmistettu kovalenttisesti sitoutuneista monomeereistä, joita kutsutaan aminohapoiksi (esitetty vihreinä palloina).