生物学における代謝の仕組みと生化学的プロセス

代謝（たいしゃ、英: metabolism）とは、生物の生存と機能に不可欠な一連の化学反応である。代謝の主な機能は大きく3つあり、食物を細胞プロセスを実行するためのエネルギーに変換すること、食物をタンパク質、脂質、核酸および一部の炭水化物の合成に必要な構成成分に変換すること、そして代謝廃棄物を排出することである。

代謝の基本分類

代謝反応は、化合物の分解を伴う異化作用と、化合物の合成を伴う同化作用（生合成ともいう）に大別される。一般に、異化作用はエネルギーを放出し、同化作用はエネルギーを消費する。

主な生化学物質

動物、植物、微生物の構成要素は、主にアミノ酸、炭水化物、核酸、脂質という4種類の基本的な分子から作られている。これらの分子は生命維持に不可欠であり、代謝反応は、細胞や組織を形成するためにそれらを合成するか、消化によって分解してエネルギーとして利用することに集中している。

アミノ酸とタンパク質

タンパク質は、アミノ酸が直鎖状に配列し、ペプチド結合で結合したものである。多くのタンパク質は、代謝における化学反応の触媒となる酵素として機能する。

脂質

脂質は、生化学物質の中でも多様な一群であり、細胞膜のような生体膜の構造を作りだすほか、化学エネルギーの貯蔵源としても利用される。

炭水化物

炭水化物は、エネルギーの貯蔵や輸送、および構造部品としてさまざまな役割を担っている。単糖が互いに結合して多糖を形成する。

異化とエネルギーの生成

異化作用は、大きな分子を分解する一連の代謝過程である。動物でもっとも多く見られる一連の異化反応は、大きな有機分子を細胞外で消化し、小さな成分に分解した上で、アセチル補酵素A（アセチルCoA）へ変換し、クエン酸回路と電子伝達系で酸化させてエネルギーを放出する。