Presnovni procesi so zaporedja biokemičnih reakcij, ki potekajo v živih celicah za vzdrževanje življenja. Lahko jih razdelimo na dve glavni vrsti. Katabolni procesi ali poti vključujejo razgradnjo kompleksnih molekul iz hrane na manjše enote, ki se lahko uporabijo kot gradniki za nove molekule ali za zagotavljanje energije. Anabolične poti vključujejo uporabo energije za izgradnjo novih kemikalij, ki postanejo sestavine celic. Te reakcije omogočajo številni organski katalizatorji, znani kot encimi.
Obe vrsti presnovnih procesov skupaj omogočata preoblikovanje surovin ali hranil, ki jih organizem vzame v tkivo. Ena spojina, skupna vsem celičnim življenjem, je bistvena za te transformacije. Adenozin trifosfat (ATP) se uporablja za shranjevanje energije, pridobljene iz hranilnih snovi, kot so ogljikovi hidrati, in za sproščanje energije, ko je potrebna za izgradnjo novih molekul.
Katabolni procesi
Nekateri organizmi, kot so zelene rastline, si sami izdelujejo hrano iz anorganskih materialov, medtem ko drugi, na primer živali, uživajo organske materiale, da pridobijo svojo prehrano. Hrano, ki jo zaužijejo živali, lahko razdelimo na tri glavne vrste – ogljikove hidrate, lipide (maščobe in olja) in beljakovine. Prebava vključuje katabolne procese, ki jih razgradijo na enostavnejše sestavine. Na primer, relativno zapleteni ogljikovi hidrati, kot so polisaharidi in disaharidi, se razgradijo v glukozo, beljakovine pa v aminokisline. Te enostavnejše spojine lahko uporabijo anabolni procesi za izgradnjo novih materialov ali pa se dodatno razgradijo, da zagotovijo energijo.
Celično dihanje je proces, pri katerem se ogljikova hidrata glukoze (C6H12O6) razgradi na ogljikov dioksid (CO2) in vodo (H2O), pri čemer nastane energija, ki je shranjena v ATP. Postopek vključuje oksidacijo, kjer je na voljo atmosferski kisik, se uporablja v tako imenovanem aerobnem dihanju. To je proces, ki poteka pri živalih, rastlinah in nekaterih mikroorganizmih. Celotno reakcijo lahko povzamemo kot
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O
vendar proces poteka v več fazah, podrobnosti pa so precej zapletene.
V pogojih, kjer ni prostega kisika, poteka anaerobno dihanje. To najdemo le v nekaterih mikroorganizmih, ki živijo v tleh, razpadajočih organskih snoveh, pod morjem, globoko pod zemljo in v črevesju živali. Ti organizmi namesto prostega kisika uporabljajo alternative, kot so nitrati, sulfati, fumarat in celo žveplo. Anaerobno dihanje je veliko manj učinkovito kot aerobni proces in proizvede veliko manj ATP, toda v zgodnji zgodovini Zemlje – preden je bilo v ozračju prosti kisik – je bila to edina možna oblika dihanja.
Pri živalih se tudi lipidi oksidirajo v ogljikov dioksid in vodo, vendar je prvih nekaj korakov drugačnih. Kemija organizmov poteka v okolju na vodni osnovi, vendar se maščobe in olja ne mešajo z vodo. Prvi korak je emulgiranje teh snovi, kar pomeni njihovo pretvorbo v obliko, ki se bo mešala z vodo, na enak način, kot lahko detergenti pomagajo pri čiščenju razlitja nafte. To naredijo milu podobne snovi, ki jih vsebuje žolč, ki ga žolčnik sprošča v tanko črevo. Lipidi se nato razgradijo v maščobne kisline in glicerol, ki se lahko absorbirajo skozi črevesje in se nato podvržejo oksidacijskim reakcijam, podobnim tistim, ki se izvajajo pri ogljikovih hidratih.
Beljakovine so zelo velike, kompleksne molekule, sestavljene iz gradnikov, znanih kot aminokisline. Presnova se z različnimi reakcijami, ki jih razdelijo na njihove aminokisline, ki se lahko absorbirajo in nato uporabijo v celicah. Na splošno se beljakovine ne uporabljajo za zagotavljanje energije, temveč se aminokisline uporabljajo za proizvodnjo novih beljakovin za izgradnjo tkiva in mišic. V primerih, ko v prehrani ni na voljo ogljikovih hidratov ali maščob in je telo porabilo svoje maščobne rezerve, se lahko beljakovine uporabijo za pridobivanje energije z oksidacijo njihovih aminokislin. V teh primerih lahko telo začne razgrajevati mišične beljakovine.
Anabolični procesi
Poznane tudi kot biosinteza, so reakcije, ki porabljajo energijo, shranjeno v ATP, s katabolnimi procesi. Vključujejo gradnjo beljakovin iz aminokislin in gradnjo DNK iz nukleotidov. Pri živalih je mogoče vključiti tudi mišične kontrakcije, ki pomenijo gibanje moči, saj ti zahtevajo uporabo shranjene energije. V rastlinah je sinteza glukoze iz ogljikovega dioksida in vode s fotosintezo še ena anabolična pot.
Presnovni procesi in telesna teža
Energijo, pridobljeno iz hrane s katabolizem, lahko porabimo takoj, z anabolnimi procesi, če pa je ne uporabimo, se velik del shrani kot maščoba. Količino energije, ki jo lahko pridobimo iz hrane, lahko izmerimo v kalorijah. Podobno je mogoče na ta način izmeriti količino, ki jo porabijo različne oblike vadbe. Če se nenehno zaužije več kalorij, kot jih porabimo, se bo maščoba kopičila, kar bo povzročilo povečanje telesne mase. Nasprotno, če porabimo več kalorij, kot jih porabimo, bo telo pridobilo energijo z uporabo maščobnih zalog in s tem hujšalo.