Kemiska reaktioner börjar med en eller flera ämnen som kommer in i reaktionen. Substanserna i våra celler och kroppsvävnader som kommer in i reaktionen kallas substrat. En eller flera ämnen som produceras av en kemisk reaktion kallas produkter.

Kemiska reaktioner representeras av kemiska ekvationer genom att placera substratet / substraten till vänster och produkten / produkterna till höger. Substrat (er) och produkt (ar) är åtskilda av en pil (\ (\ rightarrow \)) som anger reaktionens riktning och typ. Till exempel bryts laktos, det socker som finns i mjölk, upp av vårt matsmältningssystem i två mindre sockerarter, glukos och galaktos. I denna reaktion är laktos substratet och glukos och galaktos är produkterna. Den kemiska ekvationen för denna reaktion är:

Laktos \ (\ rightarrow \) Glukos + Galaktos

Metabolism avser summan av alla kemiska reaktioner som sker i en levande organism. Det finns tre huvudtyper av kemiska reaktioner som är viktiga inom mänsklig fysiologi, syntes (anabol), nedbrytning (katabol) och utbyte.

1. I en syntesreaktion (syn- = tillsammans; -tes = ”sätt , placera, sätt ”), två eller flera substratmolekyler binder kovalent för att bilda en större produktmolekyl.
   Syntesreaktioner kräver energi för att bilda bindningen. En syntesreaktion symboliseras ofta som A + B \ (\ rightarrow \) AB, där A och B är substraten och AB är produkten. Syntesreaktioner kan också kallas anabola eller konstruktiva aktiviteter i en cell.
2. I en sönderdelningsreaktion (av- , bort = -komposition = ”sätta ihop,
   ordna”), kovalenta bindningar mellan komponenter i en större substratmolekyl bryts ner för att bilda mindre produktmolekyler. Sönderdelningsreaktioner frigör energi när kovalenta bindningar i substratet bryts ner. En sönderdelningsreaktion symboliseras ofta som AB \ (\ rightarrow \) A + B; där AB är substratet och A och B är produkterna. Olika typer av sönderdelningsreaktioner kan också kallas matsmältnings-, hydrolys-, nedbrytnings- och nedbrytningsreaktioner. Sönderdelningsreaktioner är grunden för all katabolisk eller nedbrytningsaktivitet i en cell.
3. I en utbytesreaktion bryts kovalenta bindningar ner och reformeras sedan på ett sätt som komponenterna i substraten ordnas om för att göra olika produkter. En utbytesreaktion symboliseras ofta som AB + CD \ (\ rightarrow \) AC + BD. I denna utbytesreaktion bröts de kovalenta bindningarna mellan A och B och mellan C och D; och nya kovalenta bindningar mellan A och C och B och D bildades.

Vissa metaboliska reaktioner kallas irreversibla reaktioner. Detta betyder att
-produkt (er) inte kan ändras eller ”vändas” tillbaka till substrat. Dessa reaktioner representeras med en enda pil som i A + B \ (\ rightarrow \) C.

Till exempel:

Glukos + syre \ (\ rightarrow \) koldioxid + vatten

Obs: Detta är en typ av katabolisk reaktion (den större glukosmolekylen är uppdelad till mindre koldioxidmolekyler) relaterade till cellulär energiproduktion. I djurceller, såsom människor, är detta en irreversibel reaktion.

Andra metaboliska reaktioner kallas reversibla reaktioner. Detta innebär att reaktionen kan gå från substrat till produkt (er) eller från produkt (er) tillbaka till substrat. Produkt (er) kan bytas tillbaka till eller ”omvandlas” till substrat. De representeras med en dubbelpil som i A + B \ (\ vänsterpil \) C + D.

Till exempel:

Glykogen + vatten \ (\ leftrightarrow \) glukos

Obs: När celler behöver energi, glykogen (en större molekyl som används som energi lagras i vissa celler) kan kataboliseras till mindre glukosmolekyler, som sedan kan kataboliseras ytterligare för att ge energi till cellfunktioner. När celler inte behöver så mycket energi, eller när glukosnivåerna är mycket höga, syntetiseras glykogen från de mindre glukosmolekylerna. Till exempel syntetiserar muskelceller glykogen vid vila och kataboliserar glykogen vid sammandragning. Vilket sätt denna reversibla reaktion fortskrider beror på kroppens behov.

I kroppen är syntesreaktioner (mindre molekyler till större molekyl, kräver energi) och nedbrytningsreaktioner (större molekyl till mindre molekyler, frigör energi) ofta associerade med bildning och nedbrytning av vattenmolekyler, respektive. En dehydratiseringssyntesreaktion är en typ av syntesreaktion som gör vatten till en biprodukt. En hydrolysreaktion är en typ av sönderdelningsreaktion som använder vatten.

I uttorkningssyntesen (de- = ”av, ta bort”; hydrat = ”vatten”) som visas i figur \ (\ PageIndex {2} \), två monomerer är kovalent bundna i en reaktion i vilken en avger en hydroxyljon (-OH-) och den andra en vätejon (-H +). Monomer 1 och monomer 2 är substraten till vänster och ”monomererna kopplade av en kovalent bindning” är produkten till höger. Produkten som visas här kallas också en dimer (di- = två, mer = del). OH – och H + kombineras för att bilda en molekyl vatten som frigörs som en biprodukt. Detta kan vara förvirrande eftersom vatten framställs under dehydratiseringssyntes. Den större produkten har torkats ut (tappat vattnet).

Figur \ (\ PageIndex {2} \) Exempel på syntes av uttorkning: två glukosmolekyler (substrat till vänster om pilen) bilda en kovalent bindning för att bilda en maltosmolekyl (produkt till höger om pilen). OH- och H + som visas i rött kombineras med varandra för att bilda H2O (visas också i rött)

I hydrolysreaktionen som visas i figur \ (\ PageIndex {3} \), (hydro- = ”vatten”; -lys = ”nedbrytning, en lossning, en upplösning”) delas den kovalenta bindningen mellan två monomerer genom tillsats av en vätejon (H +) till den ena och en hydroxyljon (OH-) till den andra. Dessa två joner kommer från att dela en vattenmolekyl, H2O, i H + och OH-. Dimeren (monomerer kopplade till en kovalent bindning till vänster) är substratet, och monomer 1 och monomer 2 till höger är produkterna.

Stora molekyler som består av hundratals eller tusentals atomer kallas makromolekyler. Många makromolekyler består av repetitiva enheter av samma byggsten, liknar ett pärlhalsband som består av många pärlor. Polymerer (poly- = ”många”; meros = ”del”) är långkedjiga, stora organiska molekyler (makromolekyler) sammansatta från många kovalent bundna mindre molekyler som kallas monomerer. Polymerer består av många upprepande monomerenheter i långa kedjor, ibland med förgrening eller tvärbindning mellan kedjorna.

Tre av de fyra klasserna av organiska molekyler som tidigare identifierats, dvs. kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror är ofta polymerer gjorda av mindre monomerenheter (lipider är inte). Till exempel är proteiner polymerer gjorda av många kovalent bundna mindre molekyler, monomerer, kallade aminosyror. Var och en av dessa klasser beaktas mer detaljerat nedan.

Figur \ (\ PageIndex {3} \) Tvådimensionell syn på proteininsulinet. Insulin är en polymer tillverkad av kovalent bundna monomerer som kallas aminosyror (visas som gröna bollar).