Les réactions chimiques commencent avec une ou plusieurs substances qui entrent dans la réaction. Les substances présentes dans nos cellules et nos tissus corporels qui entrent dans la réaction sont appelées substrats. La ou les substances produites par une réaction chimique sont appelées produits.

Les réactions chimiques sont représentées par des équations chimiques en plaçant le (s) substrat (s) à gauche et le (s) produit (s) à droite. Le (s) substrat (s) et le (s) produit (s) sont séparés par une flèche (\ (\ rightarrow \)) qui indique la direction et le type de la réaction. Par exemple, le lactose, le sucre présent dans le lait, est décomposé par notre système digestif en deux sucres plus petits, le glucose et le galactose. Dans cette réaction, le lactose est le substrat, et le glucose et le galactose sont les produits. L’équation chimique de cette réaction est:

Lactose \ (\ rightarrow \) Glucose + Galactose

Le métabolisme fait référence à la somme de toutes les réactions chimiques qui se produisent dans un organisme vivant. Il existe trois principaux types de réactions chimiques importantes en physiologie humaine, la synthèse (anabolique), la décomposition (catabolique) et l’échange.

1. Dans une réaction de synthèse (syn- = ensemble; -thesis = « mis , place, set ”), deux molécules de substrats ou plus se lient de manière covalente pour former une molécule de produit plus grande.
   Les réactions de synthèse nécessitent de l’énergie pour former la ou les liaisons. Une réaction de synthèse est
   souvent symbolisée par A + B \ (\ rightarrow \) AB, où A et B sont les substrats, et AB est le produit. Les réactions de synthèse peuvent également être appelées activités anaboliques ou constructives dans une cellule.
2. Dans une réaction de décomposition (décomposition , away = -composition = « assembler, et organiser »), les liaisons covalentes entre les composants d’une molécule de substrat plus grande sont décomposées pour former des molécules de produit plus petites. Les réactions de décomposition libèrent de l’énergie lorsque les liaisons covalentes dans le substrat sont rompues. Une réaction de décomposition est souvent symbolisée par AB \ (\ rightarrow \) A + B; où AB est le substrat et A et B sont les produits. Différents types de réactions de décomposition peuvent également être appelés réactions de digestion, d’hydrolyse, de dégradation et de dégradation. Les réactions de décomposition sont à la base de toutes les activités cataboliques ou de dégradation dans une cellule.
3. Dans une réaction d’échange, les liaisons covalentes sont à la fois décomposées puis reformées de manière à ce que les composants des substrats soient réorganisés pour former différents produits. Une réaction d’échange est souvent symbolisée par AB + CD \ (\ rightarrow \) AC + BD. Dans cette réaction d’échange, les liaisons covalentes entre A et B et entre C et D ont été rompues; et de nouvelles liaisons covalentes entre A et C, et B et D ont été formées.

Certaines réactions métaboliques sont appelées réactions irréversibles. Cela signifie que le (s) produit (s)
ne peut pas être changé ou « inversé » en substrats. Ces réactions sont
représentées par une seule flèche comme dans A + B \ (\ rightarrow \) C.

Par exemple:

Glucose + Oxygène \ (\ rightarrow \) Dioxyde de carbone + Eau

Remarque: Il s’agit d’un type de réaction catabolique (la plus grosse molécule de glucose est décomposée à des molécules de dioxyde de carbone plus petites) liées à la production d’énergie cellulaire. Dans les cellules animales, comme les humains, il s’agit d’une réaction irréversible.

D’autres réactions métaboliques sont appelées réactions réversibles. Cela signifie que la réaction peut provenir de substrats produit (s) ou de produit (s) vers des substrats. Ils sont représentés par une double flèche comme dans A + B \ (\ leftrightarrow \) C + D.

Par exemple:

Glycogène + Eau \ (\ leftrightarrow \) Glucose

Remarque: Lorsque les cellules ont besoin d’énergie, du glycogène (une molécule plus grosse utilisée comme énergie stockées dans certaines cellules) peuvent être catabolisées en molécules de glucose plus petites, qui peuvent ensuite être catabolisées davantage pour fournir de l’énergie aux fonctions cellulaires. Lorsque les cellules n’ont pas besoin d’autant d’énergie, ou lorsque les niveaux de glucose sont très élevés, le glycogène est synthétisé à partir des molécules de glucose plus petites. Par exemple, les cellules musculaires synthétisent du glycogène au repos et catabolisent le glycogène lors de la contraction. Le déroulement de cette réaction réversible dépend des besoins du corps.

Dans le corps, les réactions de synthèse (molécules plus petites en molécules plus grosses, nécessitent de l’énergie) et les réactions de décomposition (molécule plus grosse en molécules plus petites, libère de l’énergie) sont souvent associées à la formation et la décomposition des molécules d’eau, respectivement. Une réaction de synthèse de déshydratation est un type de réaction de synthèse qui fait de l’eau un sous-produit. Une réaction d’hydrolyse est un type de réaction de décomposition qui utilise de l’eau.

Dans la synthèse de déshydratation (de- = « off, remove »; hydrate = « water ») représentée sur la figure \ (\ PageIndex {2} \), deux monomères sont liés de manière covalente dans une réaction dans laquelle l’un abandonne un ion hydroxyle (-OH-) et l’autre un ion hydrogène (-H +). Le monomère 1 et le monomère 2 sont les substrats à gauche, et les « monomères liés par une liaison covalente » sont le produit à droite. Le produit présenté ici est également appelé un dimère (di- = deux, mer = partie). OH – et H + se combinent pour former une molécule d’eau, qui est libérée en tant que sous-produit. Cela peut prêter à confusion car l’eau est produite lors de la synthèse de déshydratation. Le plus gros produit a été déshydraté (il a perdu de l’eau).

Figure \ (\ PageIndex {2} \) Exemple de synthèse de déshydratation: deux molécules de glucose (substrats à gauche de la flèche) forment une liaison covalente pour former une molécule de maltose (produit à droite de la flèche). Les OH- et H + représentés en rouge se combinent pour former H2O (également en rouge)

Dans la réaction d’hydrolyse représentée sur la figure \ (\ PageIndex {3} \), (hydro- = « water »; -lysis = « rupture, un relâchement, une dissolution ») la liaison covalente entre deux monomères est coupée par addition d’un ion hydrogène (H +) à l’un et un ion hydroxyle (OH-) à l’autre. Ces deux ions proviennent de la division d’une molécule d’eau, H2O, en H + et OH-. Le dimère (monomères liés par une liaison covalente à gauche) est le substrat, et le monomère 1 et le monomère 2 à droite sont les produits.

Les grosses molécules composées de centaines ou de milliers d’atomes sont appelées macromolécules. De nombreuses macromolécules sont composées d’unités répétitives du même bloc de construction, semblable à un collier de perles composé de nombreuses perles. Les polymères (poly- = « plusieurs »; meros = « partie ») sont de grandes molécules organiques à longue chaîne (macromolécules) assemblées à partir de nombreuses molécules plus petites liées par covalence appelées monomères. Les polymères sont constitués de nombreuses unités monomères répétées en longues chaînes, parfois avec ramification ou réticulation entre les chaînes.

Trois des quatre classes de molécules organiques précédemment identifiées, à savoir les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques sont souvent des polymères constitués de sous-unités monomères plus petites (les lipides ne le sont pas). Par exemple, les protéines sont des polymères constitués de nombreuses molécules plus petites liées de manière covalente, des monomères, appelés acides aminés. Chacune de ces classes est examinée plus en détail ci-dessous.

Figure \ (\ PageIndex {3} \) bidimensionnelle vue de la protéine insuline. L’insuline est un polymère composé de monomères liés de manière covalente appelés acides aminés (représentés par des boules vertes).