Metabolički procesi su slijedovi biokemijskih reakcija koje se odvijaju unutar živih stanica za održavanje života. Mogu se podijeliti u dvije glavne vrste. Katabolički procesi ili putevi uključuju razgradnju složenih molekula iz hrane u manje jedinice koje se mogu koristiti kao građevni blokovi za nove molekule ili za osiguravanje energije. Anabolički putovi uključuju korištenje energije za izgradnju novih kemikalija koje postaju komponente stanica. Ove reakcije omogućene su brojnim organskim katalizatorima poznatim kao enzimi.
Zajedno, dvije vrste metaboličkih procesa omogućuju transformaciju sirovina, odnosno hranjivih tvari, koje organizam preuzima u tkivo. Jedan spoj, zajednički cijelom staničnom životu, bitan je za ove transformacije. Adenozin trifosfat (ATP) koristi se za pohranjivanje energije dobivene iz hranjivih tvari, kao što su ugljikohidrati, i za oslobađanje energije kada je potrebna za izgradnju novih molekula.
Katabolički procesi
Neki organizmi, poput zelenih biljaka, sami prave hranu od anorganskih materijala, dok drugi, poput životinja, konzumiraju organske materijale kako bi dobili svoju prehranu. Hrana koju konzumiraju životinje može se podijeliti na tri glavne vrste – ugljikohidrate, lipide (masti i ulja) i proteine. Probava uključuje kataboličke procese koji ih razlažu na jednostavnije komponente. Na primjer, relativno složeni ugljikohidrati, kao što su polisaharidi i disaharidi, razgrađuju se do glukoze, a proteini se razlažu u aminokiseline. Ovi jednostavniji spojevi mogu se koristiti anaboličkim procesima za izgradnju novih materijala, ili se mogu dalje razgraditi kako bi se dobila energija.
Stanično disanje je proces kojim se ugljikohidratna glukoza (C6H12O6) razlaže na ugljični dioksid (CO2) i vodu (H2O), stvarajući energiju koja se pohranjuje u ATP. Postupak uključuje oksidaciju, a tamo gdje je dostupan atmosferski kisik koristi se za ono što je poznato kao aerobno disanje. To je proces koji se odvija u životinjama, biljkama i nekim mikroorganizmima. Ukupna reakcija može se sažeti kao
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O
no proces se odvija u više faza, a detalji su prilično složeni.
U uvjetima u kojima nema slobodnog kisika, odvija se anaerobno disanje. To se nalazi samo u određenim mikroorganizmima koji žive u tlu, organskoj tvari koja se raspada, ispod mora, duboko pod zemljom i u crijevima životinja. Ti organizmi umjesto slobodnog kisika koriste alternative kao što su nitrati, sulfati, fumarat, pa čak i sumpor. Anaerobno disanje je mnogo manje učinkovito od aerobnog procesa i proizvodi mnogo manje ATP-a, ali rano u povijesti Zemlje – prije nego što je u atmosferi bilo slobodnog kisika – ovo je bio jedini mogući oblik disanja.
Kod životinja se lipidi također oksidiraju u ugljični dioksid i vodu, ali prvih nekoliko koraka je drugačije. Kemija organizama odvija se u okolišu na bazi vode, ali masti i ulja se ne miješaju s vodom. Prvi korak je emulgiranje tih tvari, što znači njihovo pretvaranje u oblik koji će se pomiješati s vodom, na isti način na koji deterdženti mogu pomoći u čišćenju izlijevanja ulja. To čine tvari slične sapunu sadržane u žuči koju žučni mjehur oslobađa u tanko crijevo. Lipidi se zatim razgrađuju na masne kiseline i glicerol, koji se mogu apsorbirati kroz crijeva, a koji potom mogu podvrgnuti oksidacijskim reakcijama sličnim onima koje se izvode na ugljikohidratima.
Proteini su vrlo velike, složene molekule, sastavljene od građevnih blokova poznatih kao aminokiseline. Metaboliziraju se različitim reakcijama koje ih dijele na njihove aminokiseline, koje se mogu apsorbirati, a zatim koristiti unutar stanica. Općenito, proteini se ne koriste za osiguravanje energije, već se umjesto toga aminokiseline koriste za proizvodnju novih proteina za izgradnju tkiva i mišića. U slučajevima kada u prehrani nema dostupnih ugljikohidrata ili masti, a tijelo je potrošilo svoje rezerve masti, proteini se mogu koristiti za stvaranje energije, oksidacijom njihovih aminokiselina. U tim slučajevima tijelo može početi razgrađivati mišićne proteine.
Anabolički procesi
Također poznate kao biosinteza, to su reakcije koje troše energiju pohranjenu u ATP-u kataboličkim procesima. Oni uključuju izgradnju proteina iz aminokiselina i izgradnju DNK od nukleotida. Kod životinja se također mogu uključiti kontrakcije mišića koje potiču snagu, jer one zahtijevaju korištenje pohranjene energije. U biljkama je još jedan anabolički put sinteza glukoze iz ugljičnog dioksida i vode putem fotosinteze.
Metabolički procesi i tjelesna težina
Energija dobivena iz hrane katabolizmom može se koristiti odmah, anaboličkim procesima, ali ako se ne iskoristi, veliki dio se pohranjuje kao mast. Količina energije koja se može izvući iz hrane može se mjeriti u kalorijama. Slično, količina potrošena raznim oblicima vježbanja također se može mjeriti na ovaj način. Ako se stalno konzumira više kalorija nego što se koristi, masnoće će se nakupljati, što će rezultirati debljanjem. Suprotno tome, ako se potroši više kalorija nego što se potroši, tijelo će dobiti energiju koristeći svoje masne rezerve, gubitkom težine.