Essencial como processo bioquímico de aproveitamento da energia, o metabolismo equilibra as funções fisiológicas. Seus distúrbios ocasionam doenças de incidência freqüente, como o diabetes, a obesidade e a arteriosclerose. 

Metabolismo é o conjunto das reações químicas que ocorrem num organismo vivo com o fim de promover a satisfação de necessidades estruturais e energéticas. O processo metabólico ocorre tanto no domínio celular, como no do organismo em geral. A expressão metabolismo basal designa o mínimo de energia necessária para regular a fisiologia normal de um organismo.

Conceitos gerais e métodos de estudo

Do ponto de vista físico-químico, os organismos vivos são sistemas abertos que, para sobreviver, realizam com o exterior uma constante troca de energia e matéria. As substâncias que penetram nas células passam por fragmentações, adições e reestruturações moleculares, que produzem compostos biologicamente úteis, empregados como fonte de energia e também como elementos de construção e reparação dos tecidos. Essas transformações sucessivas denominam-se vias metabólicas.

Para que um composto orgânico possa produzir energia, deve experimentar uma oxidação (perda de elétrons e/ou combinação com o oxigênio), que libera o potencial energético das ligações existentes entre seus átomos.

A oxidação, como a maior parte das reações químicas que ocorrem no interior da célula, requer a atuação de moléculas especializadas chamadas enzimas, que ativam os compostos, pondo-os em contato com outras substâncias reagentes, e tornam possíveis as trocas adequadas, à temperatura fisiológica. 

Praticamente todas as reações metabólicas dependem da existência das enzimas, sem as quais precisariam de grande quantidade de calor, não compatível com o desenvolvimento da vida celular.

No organismo sadio, verifica-se equilíbrio entre duas forças antagônicas: o catabolismo, processo pelo qual as moléculas vindas do exterior, após sofrer fragmentação prévia na digestão, são degradadas ou reduzidas a substâncias mais simples; e o anabolismo, conjunto de reações que, ao utilizar a energia liberada pelo catabolismo, possibilita a formação de estruturas orgânicas complexas a partir de outras, mais elementares. Essa energia é empregada também nas funções fisiológicas. 

Conforme sejam predominantemente energéticos ou construtivos, os alimentos recebem o nome de termogênicos ou organogênicos, respectivamente. Pertencem ao primeiro grupo os carboidratos (açúcares) e os lipídios (gorduras), e ao segundo grupo, as proteínas.

Lavoisier, criador da química moderna, abriu novos horizontes às ciências biológicas, ao mostrar: (1) que os tecidos animais e vegetais se constituem essencialmente de carbono, oxigênio, hidrogênio e nitrogênio; (2) que a respiração é uma combustão lenta de carbono e oxigênio; (3) que nos animais homeotermos a temperatura é mantida pela respiração; e (4) que as trocas respiratórias se acentuam após as refeições, o que leva à maior produção de energia.

Em 1824, Robert Mayer e Hermann von Helmholtz enunciaram a primeira lei da termodinâmica, que afirma ser a energia transformável e indestrutível. Demonstrou-se posteriormente, em experiências realizadas na Alemanha e nos Estados Unidos, que essa lei é extensiva aos seres vivos.

O estudo científico e sistemático do metabolismo só foi possível a partir do desenvolvimento de técnicas como os modernos métodos de pesquisa bioquímica e de marcação radioativa por radioisótopos capazes de acompanhar as transformações que ocorrem no interior do organismo. 

Por meio dessas técnicas pode-se marcar uma molécula inserindo-se nela, em dada posição, um átomo basicamente idêntico ao substituído (um isótopo), mas de peso atômico distinto, que emite partículas radioativas suscetíveis de serem detectadas.