Reacțiile chimice încep cu una sau mai multe substanțe care intră în reacție. Substanțele din celulele și țesuturile corpului nostru care intră în reacție se numesc substraturi. Una sau mai multe substanțe produse de o reacție chimică se numesc produse.

Reacțiile chimice sunt reprezentate de ecuații chimice prin plasarea substratului (lor) în stânga și a produsului (produselor) în dreapta. Substratul (produsele) și produsul (produsele) sunt separate printr-o săgeată (\ (\ rightarrow \)) care indică direcția și tipul reacției. De exemplu, lactoza, zahărul din lapte, este descompus de sistemul nostru digestiv în două zaharuri mai mici, glucoza și galactoza. În această reacție, lactoza este substratul, iar glucoza și galactoza sunt produsele. Ecuația chimică pentru această reacție este:

Lactoză \ (\ rightarrow \) Glucoză + Galactoză

Metabolismul se referă la suma tuturor reacțiilor chimice care au loc într-un organism viu. Există trei tipuri principale de reacții chimice importante în fiziologia umană, sinteza (anabolică), descompunerea (catabolică) și schimbul.

1. Într-o reacție de sinteză (syn- = împreună; -thesis = „put , loc, set ”), două sau mai multe molecule de substraturi se leagă covalent pentru a forma o moleculă de produs mai mare.
   Reacțiile de sinteză necesită energie pentru a forma legătura (legăturile). O reacție de sinteză este adesea simbolizată ca A + B \ (\ rightarrow \) AB, unde A și B sunt substraturile, iar AB este produsul. Reacțiile de sinteză pot fi numite și activități anabolice sau constructive într-o celulă.
2. Într-o reacție de descompunere (de-off , departe = -compoziție = „punând împreună,
   aranjând”), legăturile covalente între componentele unei molecule de substrat mai mari sunt defalcate pentru a forma molecule de produs mai mici. Reacțiile de descompunere eliberează energie atunci când legăturile covalente din substrat sunt defalcate. O reacție de descompunere este adesea simbolizată ca AB \ (\ rightarrow \) A + B; unde AB este substratul, iar A și B sunt produsele. Diferite tipuri de reacții de descompunere pot fi, de asemenea, denumite reacții de digestie, hidroliză, descompunere și degradare. Reacțiile de descompunere sunt baza tuturor activităților catabolice sau de descompunere într-o celulă.
3. Într-o reacție de schimb, legăturile covalente sunt ambele defalcate și apoi reformate într-un mod în care componentele substraturilor sunt rearanjate pentru a face diferite produse. O reacție de schimb este adesea simbolizată ca AB + CD \ (\ rightarrow \) AC + BD. În această reacție de schimb, legăturile covalente dintre A și B și între C și D au fost rupte; și s-au format noi legături covalente între A și C și B și D.

Unele reacții metabolice se numesc reacții ireversibile. Aceasta înseamnă că produsul (produsele)
nu poate fi schimbat sau „inversat” din nou în substraturi. Aceste reacții sunt
reprezentate cu o singură săgeată ca în A + B \ (\ rightarrow \) C.

De exemplu:

Glucoză + Oxigen \ (\ rightarrow \) Dioxid de carbon + Apă

Notă: Acesta este un tip de reacție catabolică (molecula mai mare de glucoză este descompusă la molecule mai mici de dioxid de carbon) legate de producția de energie celulară. În celulele animale, cum ar fi oamenii, aceasta este o reacție ireversibilă.

Alte reacții metabolice se numesc reacții reversibile. Aceasta înseamnă că reacția poate proveni de pe substraturi la produs (e) sau de la produs (e) înapoi la substraturi. Produsul (produsele) poate fi schimbat înapoi sau „inversat” în substraturi. Ele sunt reprezentate cu o săgeată dublă ca în A + B \ (\ leftrightarrow \) C + D.

De exemplu:

Glicogen + Apă \ (\ leftrightarrow \) Glucoză

Notă: Când celulele au nevoie de energie, glicogenul (o moleculă mai mare utilizată ca energie) stocate în unele celule) pot fi catabolizate în molecule mai mici de glucoză, care pot fi apoi catabolizate în continuare pentru a furniza energie pentru funcțiile celulare. Când celulele nu au nevoie de atâta energie sau când nivelurile de glucoză sunt foarte mari, glicogenul este sintetizat din moleculele mai mici de glucoză. De exemplu, celulele musculare sintetizează glicogenul atunci când se odihnesc și catabolizează glicogenul când se contractă. Modul în care se desfășoară această reacție reversibilă depinde de nevoile corpului.

În organism, reacțiile de sinteză (molecule mai mici la molecule mai mari, necesită energie) și reacțiile de descompunere (molecule mai mari la molecule mai mici, eliberează energie) sunt adesea asociate cu formarea și descompunerea moleculelor de apă, respectiv. O reacție de sinteză de deshidratare este un tip de reacție de sinteză care face ca apa să fie un produs secundar. O reacție de hidroliză este un tip de reacție de descompunere care utilizează apă.

În sinteza de deshidratare (de- = „off, eliminați”; hydrate = „apă”) prezentată în figura \ (\ PageIndex {2} \), doi monomeri sunt legați covalent într-o reacție în care unul renunță la un ion hidroxil (-OH-) și celălalt un ion hidrogen (-H +). Monomerul 1 și monomerul 2 sunt substraturile din stânga, iar „monomerii legați printr-o legătură covalentă” este produsul din dreapta. Produsul prezentat aici se numește și dimer (di- = doi, mer = parte). OH – și H + se combină pentru a forma o moleculă de apă, care este eliberată ca produs secundar. Acest lucru poate fi confuz, deoarece apa se produce în timpul sintezei de deshidratare. Produsul mai mare a fost deshidratat (a pierdut apa).

Figura \ (\ PageIndex {2} \) Exemplu de sinteză de deshidratare: două molecule de glucoză (substraturi în stânga săgeții) formează o legătură covalentă pentru a forma o moleculă de maltoză (produs în dreapta săgeții). OH- și H + prezentate în roșu se combină între ele pentru a forma H2O (prezentate și în roșu)

În reacția de hidroliză prezentată în figura \ (\ PageIndex {3} \), (hidro- = „apă”; -liză = „ruperea, o slăbire, o dizolvare”) legătura covalentă între doi monomeri este divizată prin adăugarea unui ion hidrogen (H +) la unul și un ion hidroxil (OH-) la celălalt. Acești doi ioni provin din divizarea unei molecule de apă, H2O, în H + și OH-. Dimerul (monomerii legați printr-o legătură covalentă în stânga) este substratul, iar monomerul 1 și monomerul 2 din dreapta sunt produsele.

Moleculele mari compuse din sute sau mii de atomi se numesc macromolecule. Multe macromolecule sunt compuse din unități repetitive ale aceluiași bloc de construcție, similar cu un colier de perle care este compus din multe perle. Polimerii (poli- = „mulți”; meros = „parte”) sunt molecule organice mari (lanțuri lungi) (macromolecule) asamblate din multe molecule mai mici legate covalent numite monomeri. Polimerii constau din multe unități monomerice repetate în lanțuri lungi, uneori cu ramificare sau reticulare între lanțuri.

Trei din cele patru clase de molecule organice identificate anterior, adică carbohidrați, lipide, proteine și acizi nucleici sunt adesea polimeri din subunități mai mici de monomeri (lipidele nu sunt). De exemplu, proteinele sunt polimeri compuși din multe molecule mai mici, monomeri, legați covalent, numiți aminoacizi. Fiecare dintre aceste clase este considerată mai detaliat mai jos.

Figura \ (\ PageIndex {3} \) bidimensională vedere asupra insulinei proteice. Insulina este un polimer format din monomeri legați covalent, numiți aminoacizi (arătați ca bile verzi).