A kémiai reakciók egy vagy több olyan anyaggal kezdődnek, amelyek belépnek a reakcióba. A sejtjeinkben és testszöveteinkben a reakcióba lépő anyagokat szubsztrátoknak nevezzük. A kémiai reakció során keletkező egy vagy több anyagot termékeknek nevezzük.

A kémiai reakciókat kémiai egyenletek képviselik azáltal, hogy az aljzat (oka) t balra, a termék (et) pedig jobbra helyezzük. Az aljzat (oka) t és a termék (ek) et nyíl (\ (\ rightarrow \)) választja el, amely jelzi a reakció irányát és típusát. Például a laktózt, a tejben található cukrot, emésztőrendszerünk két kisebb cukorra, glükózra és galaktózra bontja. Ebben a reakcióban a laktóz a szubsztrát, a glükóz és a galaktóz a termékek. Ennek a reakciónak a kémiai egyenlete a következő:

Laktóz \ (\ rightarrow \) Glükóz + Galaktóz

A metabolizmus az élő organizmusban lejátszódó összes kémiai reakció összegére utal. Az emberi fiziológiában a kémiai reakcióknak három fő típusa van, a szintézis (anabolikus), a bomlás (katabolikus) és a csere.

1. Szintézisreakcióban (syn- = együtt; -thesis = “put , place, set ”), két vagy több szubsztrát molekula kovalens kötéssel nagyobb termékmolekulát képez.
   A szintézisreakciókhoz energiára van szükség a kötés (ek) kialakításához. A szintézisreakciót gyakran A + B jelképezi \ (\ rightarrow \) AB, ahol A és B a szubsztrát, és AB a termék. A szintézisreakciókat anabolikus vagy konstruktív aktivitásoknak is nevezhetjük egy sejtben.
2. Bomlási reakcióban (de , el = -összetétel = “összerakás, elrendezés”), a nagyobb szubsztrátmolekula komponensei közötti kovalens kötéseket kisebb termékmolekulák alkotják. A bomlási reakciók energiát szabadítanak fel, amikor a szubsztrátumban lévő kovalens kötések lebomlanak. A bomlási reakció gyakran AB \ (\ rightarrow \) A + B; ahol AB az aljzat, A és B pedig a szorzat. A bomlási reakciók különböző típusait emésztési, hidrolízis, lebontási és lebomlási reakcióknak is nevezhetjük. A bomlási reakciók képezik az összes katabolikus vagy lebontó tevékenység alapját egy sejtben.
3. Cserereakció során a kovalens kötések egyaránt lebomlanak, majd átalakulnak oly módon, hogy a szubsztrátok alkotórészei átrendeződjenek. különböző termékek. A cserereakciót gyakran AB + CD \ (\ rightarrow \) AC + BD-ként szimbolizálják. Ebben a cserereakcióban az A és B, valamint a C és D közötti kovalens kötések megszakadtak; és új kovalens kötések jöttek létre A és C, valamint B és D között.

Néhány anyagcsere-reakciót visszafordíthatatlan reakciónak nevezünk. Ez azt jelenti, hogy a
terméket (termékeket) nem lehet megváltoztatni vagy visszaváltani szubsztrátumokká. Ezeket a reakciókat egyetlen nyíllal ábrázolják, mint az A + B \ (\ rightarrow \) C. ábrán.

Például:

Glükóz + oxigén \ (\ rightarrow \) Szén-dioxid + Víz

Megjegyzés: Ez egyfajta katabolikus reakció (a nagyobb glükózmolekula lebomlik kisebb szén-dioxid molekulákhoz), amelyek a sejt energiatermeléséhez kapcsolódnak. Állati sejtekben, például az emberekben, ez egy visszafordíthatatlan reakció.

Más anyagcsere-reakciókat reverzibilis reakcióknak nevezünk. Ez azt jelenti, hogy a reakció szubsztrátokból indulhat ki a termék (ek) re vagy a termék (ek) ről vissza a szubsztrátumokba A termék (ek) visszahelyezhetők vagy „visszafordíthatók” szubsztrátokká. Kettős nyíllal vannak ábrázolva, mint az A + B \ (\ leftrightarrow \) C + D.

Például:

Glikogén + víz \ (\ leftrightarrow \) glükóz

Megjegyzés: Ha a sejteknek energiára van szükségük, a glikogén (egy nagyobb molekula, amelyet energiaként használnak egyes sejtekben tárolhatók) katabolizálódhatnak kisebb glükózmolekulákká, amelyeket aztán tovább katabolizálhatnak, hogy energiát biztosítsanak a sejtfunkciókhoz. Ha a sejteknek nincs szükségük annyi energiára, vagy ha a glükózszint nagyon magas, akkor a glikogén szintetizálódik a kisebb glükózmolekulákból. Például az izomsejtek pihenéskor szintetizálják a glikogént, és összehúzódáskor katabolizálják a glikogént. Ez a visszafordítható reakció a test szükségleteitől függ.

A szervezetben a szintézisreakciók (a kisebb molekuláktól a nagyobb molekulákig energiát igényelnek) és a bomlási reakciók (nagyobb molekula kisebb molekulákig, energiát szabadítanak fel) gyakran társulnak a vízmolekulák képződése és lebomlása. A dehidrációs szintézis reakció egy olyan szintézis reakció, amely a vizet melléktermékké teszi. A hidrolízis reakció egy olyan típusú bomlási reakció, amely vizet használ.

A dehidrációs szintézis során (de- = “off, remove”; hydrate = “water”) látható a \ (\ PageIndex {2} ábrán) \), két monomer kovalensen kötődik egy olyan reakcióhoz, amelyben az egyik hidroxil-iont ad le (-OH-), a másik pedig hidrogén-iont (-H +). Az 1. monomer és a 2. monomer a szubsztrátok a bal oldalon, és a “kovalens kötéssel összekapcsolt monomerek” a jobb oldali termék. Az itt bemutatott terméket dimernek is nevezzük (di- = kettő, mer = rész). OH – és a H + kombinálva vízmolekulát képez, amely melléktermékként szabadul fel. Ez zavaró lehet, mert a víz dehidratációs szintézis során keletkezik. A nagyobb termék dehidratált (elvesztette a vizet).

ábra \ (\ PageIndex {2} \) ábra a dehidrációs szintézisre: két glükózmolekula (szubsztrátok) a nyíl bal oldalán) kovalens kötést alkotva maltózmolekula képződik (a nyíl jobb oldalán található termék). A pirossal ábrázolt OH- és H + kombinálódnak egymással, és így H2O képződik (szintén piros színnel látható)

Az \ (\ PageIndex {3} \) ábrán látható hidrolízis reakcióban (hidro- = “víz”; -lysis = “lebomlás, lazulás, oldódás”) két monomer kovalens kötése megszakad hidrogénion (H +) hozzáadásával az egyikhez hidroxilion (OH-) a másikhoz. Ez a két ion egy vízmolekula, a H2O H + -ra és OH- -ra történő hasításából származik. A dimer (a bal oldalon kovalens kötéssel összekapcsolt monomerek) a szubsztrátum, a jobb oldali 1-es és 2-es monomer a termék.

A több száz vagy ezer atomból álló nagy molekulákat makromolekuláknak nevezzük. Sok makromolekula ugyanazon építőelem ismétlődő egységeiből áll, hasonlóan egy gyöngy nyaklánchoz, amely sok gyöngyből áll. A polimerek (poly- = “sok”; meros = “rész”) hosszú láncú, nagy szerves molekulák (makromolekulák), amelyek sok kovalens kötésű kisebb molekula, monomerek néven állnak össze. A polimerek sok ismétlődő monomer egységből állnak, hosszú láncokban, néha elágazással vagy keresztkötéssel a láncok között.

A korábban azonosított szerves molekulák négy osztályából három, azaz szénhidrátok, lipidek, fehérjék és nukleinsavak gyakran kisebb monomer alegységekből álló polimerek (a lipidek nem). Például a fehérjék olyan polimerek, amelyek számos kovalensen kötött kisebb molekulából, monomerből állnak, aminosavak. Ezeket az osztályokat az alábbiakban részletesebben megvizsgáljuk.

ábra \ (\ PageIndex {3} \) kétdimenziós fehérje inzulin nézete. Az inzulin egy kovalensen kapcsolt aminosavakból álló monomerekből álló polimer (zöld golyóként jelenik meg).