As reações químicas começam com uma ou mais substâncias que entram na reação. As substâncias em nossas células e tecidos corporais que entram na reação são chamadas de substratos. As uma ou mais substâncias produzidas por uma reação química são chamadas de produtos.

As reações químicas são representadas por equações químicas colocando o (s) substrato (s) à esquerda e o (s) produto (s) à direita. O (s) substrato (s) e produto (s) são separados por uma seta (\ (\ rightarrow \)) que indica a direção e o tipo da reação. Por exemplo, a lactose, o açúcar encontrado no leite, é decomposta pelo nosso sistema digestivo em dois açúcares menores, glicose e galactose. Nessa reação, a lactose é o substrato, e a glicose e a galactose são os produtos. A equação química para essa reação é:

Lactose \ (\ rightarrow \) Glicose + Galactose

Metabolismo se refere à soma de todas as reações químicas que acontecem em um organismo vivo. Existem três tipos principais de reações químicas importantes na fisiologia humana, síntese (anabólica), decomposição (catabólica) e troca.

1. Em uma reação de síntese (syn- = together; -thesis = “put , coloque, defina ”), duas ou mais moléculas de substrato se ligam covalentemente para formar uma molécula de produto maior.
   As reações de síntese requerem energia para formar a (s) ligação (ões). Uma reação de síntese é
   frequentemente simbolizada como A + B \ (\ rightarrow \) AB, onde A e B são os substratos, e AB é o produto. As reações de síntese também podem ser chamadas de atividades anabólicas ou construtivas em uma célula.
2. Em uma reação de decomposição (decaimento , away = -composition = “unindo,
   organizando”), as ligações covalentes entre os componentes de uma molécula de substrato maior são quebradas para formar moléculas de produto menores. As reações de decomposição liberam energia quando as ligações covalentes no substrato são quebradas. Uma reação de decomposição é freqüentemente simbolizada como AB \ (\ rightarrow \) A + B; onde AB é o substrato e A e B são os produtos. Diferentes tipos de reações de decomposição também podem ser referidos como reações de digestão, hidrólise, quebra e degradação. As reações de decomposição são a base de todas as atividades catabólicas ou de decomposição em uma célula.
3. Em uma reação de troca, as ligações covalentes são quebradas e, em seguida, reformadas de uma forma que os componentes dos substratos são reorganizados para formar produtos diferentes. Uma reação de troca é freqüentemente simbolizada como AB + CD \ (\ rightarrow \) AC + BD. Nessa reação de troca, as ligações covalentes entre A e B e entre C e D foram quebradas; e novas ligações covalentes entre A e C, e B e D foram formadas.

Algumas reações metabólicas são chamadas de reações irreversíveis. Isso significa que o (s) produto (s)
não podem ser alterados ou “revertidos” de volta aos substratos. Essas reações são
representadas com uma única seta como em A + B \ (\ rightarrow \) C.

Por exemplo:

Glicose + oxigênio \ (\ rightarrow \) Dióxido de carbono + água

Observação: este é um tipo de reação catabólica (a molécula maior de glicose é quebrada a moléculas menores de dióxido de carbono) relacionadas à produção de energia celular. Em células animais, como as humanas, essa é uma reação irreversível.

Outras reações metabólicas são chamadas de reações reversíveis. Isso significa que a reação pode ser proveniente de substratos para produto (s) ou de produto (s) de volta para substratos. O (s) produto (s) podem ser transformados de volta em ou “revertidos” em substratos. Eles são representados com uma seta dupla como em A + B \ (\ leftrightarrow \) C + D.

Por exemplo:

Glicogênio + água \ (\ leftrightarrow \) Glicose

Observação: quando as células precisam de energia, glicogênio (uma molécula maior usada como energia armazenadas em algumas células) podem ser catabolizadas em moléculas menores de glicose, que podem ser posteriormente catabolizadas para fornecer energia para as funções celulares. Quando as células não precisam de tanta energia, ou quando os níveis de glicose estão muito altos, o glicogênio é sintetizado a partir das moléculas menores de glicose. Por exemplo, as células musculares sintetizam glicogênio quando em repouso e catabolizam o glicogênio quando se contraem. A maneira como essa reação reversível ocorre depende das necessidades do corpo.

No corpo, reações de síntese (moléculas menores para moléculas maiores, requerem energia) e reações de decomposição (moléculas maiores para moléculas menores, libera energia) são frequentemente associadas a a formação e quebra de moléculas de água, respectivamente. Uma reação de síntese de desidratação é um tipo de reação de síntese que produz água como subproduto. Uma reação de hidrólise é um tipo de reação de decomposição que usa água.

Na síntese de desidratação (des = “desligar, remover”; hidratar = “água”) mostrado na figura \ (\ PageIndex {2} \), dois monômeros são covalentemente ligados em uma reação em que um dá um íon hidroxila (-OH-) e o outro um íon hidrogênio (-H +). Monômero 1 e monômero 2 são os substratos à esquerda, e os “monômeros ligados por uma ligação covalente” é o produto à direita. O produto mostrado aqui também é chamado de dímero (di- = dois, mer = parte). OH – e H + se combinam para formar uma molécula de água, que é liberada como um subproduto. Isso pode ser confuso porque a água é produzida durante a síntese de desidratação. O produto maior foi desidratado (perdeu a água).

Figura \ (\ PageIndex {2} \) Exemplo de síntese de desidratação: duas moléculas de glicose (substratos à esquerda da seta) formam uma ligação covalente para formar uma molécula de maltose (produto à direita da seta). O OH- e o H + mostrados em vermelho combinam-se para formar H2O (também mostrado em vermelho)

Na reação de hidrólise mostrada na figura \ (\ PageIndex {3} \), (hidro- = “água”; -álise = “quebra, um afrouxamento, uma dissolução”) a ligação covalente entre dois monômeros é dividida pela adição de um íon hidrogênio (H +) para um e um íon hidroxila (OH-) para o outro. Esses dois íons vêm da divisão de uma molécula de água, H2O, em H + e OH-. O dímero (monômeros ligados por uma ligação covalente à esquerda) é o substrato, e o monômero 1 e o monômero 2 à direita são os produtos.

Moléculas grandes compostas de centenas ou milhares de átomos são chamadas de macromoléculas. Muitas macromoléculas são compostas por unidades repetitivas do mesmo bloco de construção, semelhante a um colar de pérolas composto de muitas pérolas. Polímeros (poli- = “muitos”; meros = “parte”) são moléculas orgânicas grandes de cadeia longa (macromoléculas) montadas a partir de muitas moléculas menores ligadas covalentemente chamadas monômeros. Os polímeros consistem em muitas unidades monoméricas repetidas em longas cadeias, às vezes com ramificação ou reticulação entre as cadeias.

Três das quatro classes de moléculas orgânicas previamente identificadas, ou seja, carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos geralmente são polímeros feitos de subunidades monoméricas menores (os lipídios não). Por exemplo, as proteínas são polímeros feitos de muitas moléculas menores ligadas covalentemente, monômeros, chamados aminoácidos. Cada uma dessas classes é considerada em mais detalhes abaixo.

Figura \ (\ PageIndex {3} \) Bidimensional vista da proteína insulina. A insulina é um polímero feito de monômeros covalentemente ligados chamados aminoácidos (mostrados como bolas verdes).