Kjemiske reaksjoner begynner med ett eller flere stoffer som kommer inn i reaksjonen. Stoffene i våre celler og kroppsvev som går inn i reaksjonen kalles substrater. En eller flere stoffer produsert av en kjemisk reaksjon kalles produkter.

Kjemiske reaksjoner er representert av kjemiske ligninger ved å plassere substratet (ene) til venstre og produktet (produktene) til høyre. Substrat (er) og produkt (er) er atskilt med en pil (\ (\ rightarrow \)) som indikerer retning og type av reaksjonen. For eksempel brytes laktose, sukkeret som finnes i melk, av fordøyelsessystemet vårt i to mindre sukkerarter, glukose og galaktose. I denne reaksjonen er laktose substratet, og glukose og galaktose er produktene. Den kjemiske ligningen for denne reaksjonen er:

Laktose \ (\ rightarrow \) Glukose + galaktose

Metabolisme refererer til summen av alle kjemiske reaksjoner som skjer i en levende organisme. Det er tre hovedtyper av kjemiske reaksjoner som er viktige innen menneskelig fysiologi, syntese (anabole), nedbrytning (katabolske) og utveksling.

1. I en syntesereaksjon (syn- = sammen; -tese = «put , sted, sett «), to eller flere substratmolekyler binder kovalent for å danne et større produktmolekyl.
   Syntesereaksjoner krever energi for å danne bindingen (e). En syntesereaksjon er ofte symbolisert som A + B \ (\ rightarrow \) AB, hvor A og B er substratene, og AB er produktet. Syntesereaksjoner kan også kalles anabole eller konstruktive aktiviteter i en celle.
2. I en nedbrytningsreaksjon (avvik , bort = -sammensetning = «sette sammen,
   arrangere»), kovalente bindinger mellom komponenter i et større substratmolekyl brytes ned for å danne mindre produktmolekyler. Nedbrytningsreaksjoner frigjør energi når kovalente bindinger i underlaget brytes ned. En nedbrytningsreaksjon blir ofte symbolisert som AB \ (\ rightarrow \) A + B; hvor AB er substratet, og A og B er produktene. Ulike typer nedbrytningsreaksjoner kan også refereres til som fordøyelses-, hydrolyse-, nedbrytnings- og nedbrytningsreaksjoner. Nedbrytningsreaksjoner er grunnlaget for alle katabolske, eller nedbrytningsaktiviteter i en celle.
3. I en utvekslingsreaksjon blir kovalente bindinger både brutt ned og deretter reformert på en måte som komponentene i substratene blir omorganisert for å lage forskjellige produkter. En utvekslingsreaksjon symboliseres ofte som AB + CD \ (\ rightarrow \) AC + BD. I denne utvekslingsreaksjonen ble de kovalente bindingene mellom A og B og mellom C og D brutt; og nye kovalente bindinger mellom A og C, og B og D ble dannet.

Noen metabolske reaksjoner kalles irreversible reaksjoner. Dette betyr at
produkt (er) ikke kan endres eller «reverseres» tilbake til substrater. Disse reaksjonene er representert med en enkelt pil som i A + B \ (\ rightarrow \) C.

For eksempel:

Glukose + Oksygen \ (\ rightarrow \) Karbondioksid + Vann

Merk: Dette er en type katabolisk reaksjon (det større glukosemolekylet er brutt ned til mindre karbondioksidmolekyler) relatert til cellulær energiproduksjon. I dyreceller, som mennesker, er dette en irreversibel reaksjon.

Andre metabolske reaksjoner kalles reversible reaksjoner. Dette betyr at reaksjonen kan gå fra substrater til produkt (er) eller fra produkt (er) tilbake til underlag. Produktet (e) kan endres tilbake til eller «reverseres» til underlag. De er representert med en dobbel pil som i A + B \ (\ leftrightarrow \) C + D.

For eksempel:

Glykogen + vann \ (\ leftrightarrow \) glukose

Merk: Når celler trenger energi, glykogen (et større molekyl brukt som energi lagre i noen celler) kan kataboliseres til mindre glukosemolekyler, som deretter kan kataboliseres videre for å gi energi til cellefunksjoner. Når celler ikke trenger så mye energi, eller når glukosenivået er veldig høyt, blir glykogen syntetisert fra de mindre glukosemolekylene. For eksempel syntetiserer muskelceller glykogen når de hviler og kataboliserer glykogen når de trekker seg sammen. Hvilken vei denne reversible reaksjonen fortsetter avhenger av kroppens behov.

I kroppen er syntesereaksjoner (mindre molekyler til større molekyl, krever energi) og nedbrytningsreaksjoner (større molekyl til mindre molekyler, frigjør energi) ofte assosiert med dannelsen og nedbrytningen av henholdsvis vannmolekyler. En dehydratiseringssyntesereaksjon er en type syntesereaksjon som gjør vann til et biprodukt. En hydrolysereaksjon er en type nedbrytningsreaksjon som bruker vann.

I dehydratiseringssyntesen (de- = «av, fjern»; hydrat = «vann») vist i figur \ (\ PageIndex {2} \), er to monomerer bundet kovalent i en reaksjon der den ene gir opp et hydroksylion (-OH-) og det andre et hydrogenion (-H +). Monomer 1 og monomer 2 er substratene til venstre, og «monomerene bundet av en kovalent binding» er produktet til høyre. Produktet som vises her kalles også en dimer (di- = to, mer = del). OH – og H + kombineres for å danne et molekyl av vann, som frigjøres som et biprodukt. Dette kan være forvirrende fordi vann blir laget under dehydratiseringssyntese. Det større produktet har blitt dehydrert (mistet vannet).

Figur \ (\ PageIndex {2} \) Eksempel på dehydratiseringssyntese: to glukosemolekyler (substrater på venstre side av pilen) danner en kovalent binding for å danne et maltosemolekyl (produkt til høyre for pilen). OH- og H + vist i rødt kombinerer hverandre for å danne H2O (vist også i rødt)

I hydrolysereaksjonen vist i figur \ (\ PageIndex {3} \), (hydro- = «vann»; -lysis = «nedbrytning, en løsning, en oppløsning») er den kovalente bindingen mellom to monomerer delt ved tilsetning av et hydrogenion (H +) til det ene og et hydroksylion (OH-) til det andre. Disse to ionene kommer fra å dele et vannmolekyl, H2O, i H + og OH-. Dimeren (monomerer bundet av en kovalent binding til venstre) er substratet, og monomer 1 og monomer 2 til høyre er produktene.

Store molekyler sammensatt av hundrevis eller tusenvis av atomer kalles makromolekyler. Mange makromolekyler er sammensatt av repeterende enheter av samme byggestein, i likhet med et perlekjede som består av mange perler. Polymerer (poly- = «mange»; meros = «del») er langkjede, store organiske molekyler (makromolekyler) samlet fra mange kovalent bundet mindre molekyler kalt monomerer. Polymerer består av mange repeterende monomerenheter i lange kjeder, noen ganger med forgrening eller tverrbinding mellom kjedene.

Tre av de fire klassene organiske molekyler som tidligere er identifisert, dvs. karbohydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer er ofte polymerer laget av mindre monomere underenheter (lipider er ikke). Proteiner er for eksempel polymerer laget av mange kovalent bundet mindre molekyler, monomerer, kalt aminosyrer. Hver av disse klassene blir vurdert nærmere nedenfor.

Figur \ (\ PageIndex {3} \) To-dimensjonal utsikt over proteininsulinet. Insulin er en polymer laget av kovalent koblede monomerer kalt aminosyrer (vist som grønne kuler).