metabolizam (prema grč. μεταβολή: izmjena) (mijena tvari), sveukupnost kem. reakcija u organizmu, kojima se složene molekule sintetiziraju (anabolizam ili biosinteza) ili razgrađuju (→ katabolizam). Pri tom se u složenim molekulama energija pohranjuje ili se njihovom razgradnjom oslobađa, a usklađenost tih procesa omogućuje život. Osnovna je uloga metabolizma stvaranje adenozin-trifosfata (ATP) (→ adenozin), reduciranoga nikotinamid-adenin-dinukleotida (NADH) i pretečâ sinteze makromolekula vlastitoga organizma. Molekule koje sudjeluju u metaboličkim procesima nazivaju se metaboliti; svi metaboliti neke stanice ili organizma nazivaju se metabolom, a disciplina koja ih proučava je metabolomika. Metabolički se procesi zbivaju u nizovima pojedinačnih reakcija, a svaku od njih katalizira i regulira specifični enzim. Struktura enzima zapisana je u određenim genima, mutacijom kojih dolazi do prirođenih pogrješaka metabolizma. (→ alkaptonurija; galaktozemija; lipidoze; fenilketonurija; cistinurija i dr.)
Metabolizam autotrofnih organizama (biljaka i nekih mikroorganizama) pokreće energija Sunčeva zračenja, kojom se anorganski ugljik iz ugljikova dioksida (CO2) pretvara u organski oblik (→ fotosinteza). Heterotrofni organizmi energiju potrebnu za život dobivaju razgradnjom organskih molekula unesenih hranom. (→ bioenergetika)
Metabolizam se odvija u tri stupnja:
Kataboličke reakcije u prvom stupnju obuhvaćaju razgradnju uskladištenih polimernih makromolekula (lipidi, ugljikohidrati i bjelančevine) na monomerne jedinice (masne kiseline i glicerol, monosaharidi i aminokiseline). U životinja i čovjeka ta razgradnja započinje već u probavnom sustavu. U drugom se stupnju nastale molekule dalje razgrađuju bez prisutnosti kisika (anaerobno), te većina ugljikovih atoma završava u obliku acetil-koenzima A (acetil-CoA). Središnji metabolički putovi u toj su fazi glikoliza i razgradnja masnih kiselina. Aminokiseline se metaboliziraju različitim reakcijama te dio njihovih ugljikovih atoma ne ulazi u sastav acetil-CoA. U toj se fazi samo dio raspoložive energije pohranjuje u obliku ATP i reduciranih koenzima (NADH, FADH2). U trećem, oksidativnom stupnju metabolizma iskorištava se najviše raspoložive energije. On se kod eukariota zbiva u mitohondrijima, a obuhvaća citratni ciklus i oksidativnu fosforilaciju. U citratnom se ciklusu ugljikovi atomi iz acetil-CoA pridružuju oksaloacetatu (četiri ugljikova atoma) dajući citrat (šest ugljikovih atoma). Citrat se potom postupno oksidira u četiri koraka; dva se ugljikova atoma izdvajaju kao CO2, a četiri ponovno daju oksaloacetat za sljedeći krug reakcija. U tim su reakcijama oksidansi koenzimi NAD+ i FAD (flavin-adenin-dinukleotid), koji se reduciraju u NADH i FADH2. U lancu reakcija (oksidativna fosforilacija) oni se naposljetku oksidiraju kisikom iz zraka, pri čem se adenozin-difosfat (ADP) fosforilira u ATP.
Biosintetske reakcije, koje se odvijaju istodobno s kataboličkim reakcijama, u prvom i drugom stupnju metabolizma nisu samo obrat kataboličkih reakcija (primjerice glukoneogeneza ili sinteza masnih kiselina). Njih pretežito kataliziraju zasebni enzimi. Krajnji su proizvodi biosinteze biol. makromolekule (lipidi, ugljikohidrati, bjelančevine). Sinteza nekih makromolekula zahtijeva i informaciju o njihovoj strukturi (→ genska informacija). Pri biosintezi nekog metabolita organizam ulaže više energije nego što je dobiva njegovom razgradnjom.
Dijelovi nekih metabolita ne mogu se iskoristiti (metabolički otpad), pa se moraju izlučiti iz organizma. Tako se primjerice suvišni dušik izlučuje kao urea.
Anabolički i katabolički procesi u zdrava odrasla čovjeka u ravnoteži su, a i ukupni utrošak tvari i energije u ravnoteži je s njihovim primanjem kroz hranu; ta dinamična ravnoteža materije i energije jedna je od bitnih značajki života. U mladom organizmu koji još raste (i u trudnoći) prevladava anabolizam; nasuprot tome, kod nekih bolesti prevladavaju katabolički procesi. Ako prevladavaju anabolički procesi, tjelesna se masa povećava, a smanjuje se ako prevladavaju katabolički procesi. Tjelesna se masa povećava i onda kada čovjek uzima hranom više tvari nego što ih troši (debljanje), a smanjuje se ako uzima manje hrane ili ju uopće ne uzima (djelomično ili potpuno gladovanje). – Osnovni potrošak energije u stanju mirovanja naziva se bazalni metabolizam.
Ukupni metabolizam sastoji se od bazalnog i povećanoga metabolizma zbog uzimanja hrane i fizičke aktivnosti. Fizički rad najviše povećava metabolizam, pa je energetska vrijednost tvari što ih čovjek tijekom 24 sata mora uzeti hranom veća što je fizički rad teži. Tako npr. za osmosatno radno vrijeme knjigovođi treba 10 500 kJ (2500 kcal), a žeteocu 21 800 kJ (5200 kcal).
