代謝エネルギー代謝の中心的中間体である補酵素、アデノシン三リン酸の空間充填モデル。代謝(たいしゃ、metabolism)とは、生命の維持のために有機体が行う、外界から取り入れた無機物や有機化合物を素材として行う一連の合成や化学反応のことであり、新陳代謝の略称である[1]。これらの経路によって有機体はその成長と生殖を可能にし、その体系を維持している。2つに区分される[1]。異化は物質を分解することによってエネルギーを得る過程であり、例えば細胞呼吸がある[1]。代謝の化学反応は代謝経路によって体系づけられ、1つの化学物質は他の化学物質から酵素によって変換される。酵素は触媒として、熱力学的に不利な反応を有利に進めるため極めて重要な存在である。酵素は、細胞の環境もしくは他の細胞からの信号(シグナル伝達)の変化に反応することにより代謝経路の調節も行う。有機体の代謝はその物質の栄養価の高さがどれだけか、また、毒性の高さがどれだけかを決定する。いくつかの原核生物は硫化水素を使って栄養を得ているが、この気体は動物にとっては毒であることが知られている[2]。代謝速度はその有機体がどれだけの食物を必要としているかに影響を与える。代謝の目的は、以下の4つが挙げられる[1]。エネルギーを獲得する摂取した栄養素を、生体を構成するための前駆体へ転換する前駆体から生体の成分を合成する細胞が使う生理活性物質を合成または分解する定義・位置づけ代謝と言う用語は、主に物質代謝をさして使用される場合が多いが、物質代謝そのものはエネルギーの代謝によって起きている。エネルギー代謝も物質の交代によって起きているので、相互に共役していると考える[1]。したがって、物質代謝およびエネルギー代謝を包括して指す言葉として本記事の『代謝』の正確な定義となる。物質およびエネルギー代謝などの簡単な定義および位置づけは以下の通りである。エネルギー:発光なお、代謝反応のほとんど全ては各々の反応を担当する酵素あるいはタンパク質による。代謝マップにてその基質および生産物のみが描かれているが、その反応自体は酵素が担当している。細胞内における物質の変換を意味する。上記にもあるようにエネルギー代謝との関連により両者を分けて考えるのは困難だが、物質の変換に注目してみた場合の『代謝』が物質代謝である。物質代謝は異化および同化に分けられる。異化と同化反応は関連している。異化反応である解糖系の逆行は糖新生経路(糖の合成)であり、酸化的クエン酸回路(異化)の逆行である還元的クエン酸回路では炭酸固定(同化)が行われる。ベンソン回路(同化)は解糖系の一種であるペントースリン酸経路(異化)が還元的に働いたものである。生成されるか否かに注目すると容易に区別がつく(ATPおよび還元型ピリジンヌクレオチドの生成を行うのが異化、異化により生成したエネルギーを用いて生体高分子の合成を行うのが同化)。schematic.svgタンパク質(Proteins)、炭水化物(polysaccharides)、脂質(fats)の異化の概略。異化(異化作用)とは外部から取り入れた高分子量の有機物あるいは無機物を水やアンモニアなどの単純な低分子まで分解し、その過程でエネルギーを得てATPを合成する代謝である[4]。現生する生物は地球上に存在するほとんどの有機化合物を代謝できると言われているが、異化代謝系が各々に存在しているわけではなく、代表的なATP生成機構に最終的には集約されていく。ベンソン回路が含まれる場合は同化反応となりうるが、光化学反応においては、NADPHおよびATPが生産されるために異化反応に分類される。ATP合成を主たる目的とした循環的光リン酸化はより異化反応的側面が強い。発酵は、基質レベルのリン酸化によるATP生成を行うが、電子伝達系を通らずエネルギー効率としてはきわめて低い。機構の単純さや酸素が要らないなどの理由から多くの微生物にてよく見られる。無酸素運動における筋肉でも解糖系が乳酸発酵へと転じている(筋肉痛)。電子供与体および電子受容体はともに有機物であり、電子供与体となる還元物質には通常、糖が使用される。微生物はある種の有機酸(酢酸、乳酸など)、アミノ酸、ヌクレオチドなどを基質に発酵する能力を有する。基質レベルのリン酸化によるATP生成の式は以下の通りである。生物にとっては有害なピルビン酸の異化反応に使用される(以下乳酸発酵の例)。NAD+微生物の行う発酵の電子受容体(産物)としては、乳酸、エタノールをはじめブタノール、酪酸、イソプロパノール、酢酸、プロピオン酸、ギ酸、アセトンなどがある。呼吸は基質レベルのリン酸化過程(解糖系、クエン酸回路)および電子伝達系を通り、ATPの生成を行う。上記の代謝系は電子供与体として有機物を用いる多くの従属栄養生物に見られるATP合成系であるが、最終電子受容体に使用できるのはほとんどが数種の無機物である。