Metabolisma procesi ir bioķīmisko reakciju secības, kas notiek dzīvās šūnās, lai uzturētu dzīvību. Tos var iedalīt divos galvenajos veidos. Kataboliskie procesi vai ceļi ietver sarežģītu molekulu sadalīšanos no pārtikas mazākās vienībās, kuras var izmantot kā jaunu molekulu celtniecības blokus vai enerģijas nodrošināšanai. Anaboliskie ceļi ietver enerģijas izmantošanu, lai izveidotu jaunas ķīmiskas vielas, kas kļūst par šūnu sastāvdaļām. Šīs reakcijas ir iespējamas, pateicoties vairākiem organiskiem katalizatoriem, kas pazīstami kā fermenti.
Abi vielmaiņas procesu veidi kopā ļauj organisma uzņemtās izejvielas jeb barības vielas pārveidot audos. Viens savienojums, kas ir kopīgs visai šūnu dzīvībai, ir būtisks šīm transformācijām. Adenozīna trifosfātu (ATP) izmanto, lai uzglabātu enerģiju, kas iegūta no barības vielām, piemēram, ogļhidrātiem, un atbrīvotu enerģiju, kad tā ir nepieciešama jaunu molekulu veidošanai.
Kataboliskie procesi
Daži organismi, piemēram, zaļie augi, paši ražo pārtiku no neorganiskiem materiāliem, savukārt citi, piemēram, dzīvnieki, patērē organiskos materiālus, lai iegūtu uzturu. Dzīvnieku patērēto pārtiku var iedalīt trīs galvenajos veidos – ogļhidrātos, lipīdos (taukos un eļļās) un olbaltumvielās. Gremošana ietver kataboliskos procesus, kas sadala tos vienkāršākos komponentos. Piemēram, salīdzinoši sarežģīti ogļhidrāti, piemēram, polisaharīdi un disaharīdi, tiek sadalīti glikozē, bet olbaltumvielas tiek sadalītas aminoskābēs. Šos vienkāršākos savienojumus var izmantot anaboliskajos procesos, lai izveidotu jaunus materiālus, vai arī tos var sīkāk sadalīt, lai nodrošinātu enerģiju.
Šūnu elpošana ir process, kurā ogļhidrātu glikoze (C6H12O6) tiek sadalīta oglekļa dioksīdā (CO2) un ūdenī (H2O), radot enerģiju, kas tiek uzkrāta ATP. Procedūra ietver oksidēšanu, un, ja ir pieejams atmosfēras skābeklis, to izmanto tā sauktajā aerobajā elpošanā. Tas ir process, kas notiek dzīvniekos, augos un dažos mikroorganismos. Kopējo reakciju var apkopot kā
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O
bet process notiek vairākos posmos, un detaļas ir diezgan sarežģītas.
Apstākļos, kad nav brīva skābekļa, notiek anaerobā elpošana. Tas ir atrodams tikai noteiktos mikroorganismos, kas dzīvo augsnē, trūdošās organiskās vielās, zem jūras, dziļi pazemē un dzīvnieku zarnās. Šie organismi brīvā skābekļa vietā izmanto alternatīvas, piemēram, nitrātus, sulfātus, fumarātu un pat sēru. Anaerobā elpošana ir daudz mazāk efektīva nekā aerobā elpošana un rada daudz mazāk ATP, taču Zemes vēstures sākumā — pirms atmosfērā vēl nebija brīva skābekļa — tas bija vienīgais iespējamais elpošanas veids.
Dzīvniekiem lipīdi tiek oksidēti arī līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim, taču daži pirmie soļi ir atšķirīgi. Organismu ķīmija notiek vidē uz ūdens bāzes, bet tauki un eļļas nesajaucas ar ūdeni. Pirmais solis ir šīs vielas emulģēt, kas nozīmē, ka tās jāpārvērš formā, kas sajaucas ar ūdeni, tādā pašā veidā, kā mazgāšanas līdzekļi var palīdzēt iztīrīt eļļas noplūdes. To dara ziepēm līdzīgas vielas, ko satur žulti, ko žultspūšļa izdala tievajās zarnās. Pēc tam lipīdi tiek sadalīti taukskābēs un glicerīnā, kas var uzsūkties caur zarnām un pēc tam var tikt pakļauti oksidācijas reakcijām, kas ir līdzīgas tām, kas tiek veiktas ar ogļhidrātiem.
Olbaltumvielas ir ļoti lielas, sarežģītas molekulas, kas sastāv no celtniecības blokiem, kas pazīstami kā aminoskābes. Tos metabolizē dažādas reakcijas, kas sadala tos aminoskābēs, kuras var absorbēt un pēc tam izmantot šūnās. Parasti olbaltumvielas netiek izmantotas enerģijas nodrošināšanai, bet gan aminoskābes tiek izmantotas jaunu proteīnu ražošanai audu un muskuļu veidošanai. Gadījumos, kad uzturā nav pieejami ogļhidrāti vai tauki un organisms ir iztērējis savas tauku rezerves, olbaltumvielas var izmantot enerģijas iegūšanai, oksidējot to aminoskābes. Šādos gadījumos organisms var sākt sadalīt muskuļu proteīnus.
Anaboliskie procesi
Zināmas arī kā biosintēze, tās ir reakcijas, kurās kataboliskajos procesos tiek izmantota ATP uzkrātā enerģija. Tie ietver proteīnu veidošanu no aminoskābēm un DNS veidošanu no nukleotīdiem. Dzīvniekiem var iekļaut arī muskuļu kontrakcijas, kas veicina kustību, jo tām ir nepieciešams izmantot uzkrāto enerģiju. Augos glikozes sintēze no oglekļa dioksīda un ūdens fotosintēzes ceļā ir vēl viens anaboliskais ceļš.
Vielmaiņas procesi un ķermeņa svars
Enerģija, kas iegūta no pārtikas katabolisma ceļā, var tikt izmantota uzreiz anaboliskajos procesos, bet, ja tā netiek izmantota, liela daļa tiek uzkrāta kā tauki. Enerģijas daudzumu, ko var iegūt no pārtikas, var izmērīt kalorijās. Tāpat šādā veidā var izmērīt arī dažādu vingrojumu veidu iztērēto daudzumu. Ja pastāvīgi tiek patērēts vairāk kaloriju, nekā tiek patērēts, tauki uzkrājas, kā rezultātā palielināsies svars. Un otrādi, ja tiek iztērēts vairāk kaloriju nekā patērēts, organisms iegūs enerģiju, izmantojot savas tauku rezerves, zaudējot svaru.