胺基酸如何連結?
肽鍵
蛋白質是大型生物分子，或高分子，它由一個或多個由胺基酸殘基組成的長鏈條組成。胺基酸分子呈線性排列，相鄰胺基酸殘基的羧基和氨基通過肽鍵連接在一起。蛋白質的胺基酸序列是由對應基因所編碼。除了遺傳密碼所編碼的20種「標準」胺基酸，在蛋白質中，某些胺基酸殘基還可以被改變原子的排序而發生化學結構的變化，從而對蛋白質進行激活或調控。多個蛋白質可以一起，往往是通過結合在一起形成穩定的蛋白質複合物，發揮某一特定功能。與其他生物大分子一樣，蛋白質是地球上生物體中的必要組成成分，參與了細胞生命活動的每一個進程。酶是最常見的一類蛋白質，它們催化生物化學反應，尤其對於生物體的代謝至關重要。除了酶之外，還有許多結構性或機械性蛋白質，如肌肉中的肌動蛋白和肌球蛋白，以及細胞骨架中的微管蛋白，參與形成細胞內的支撐網絡以維持細胞外形。另外一些蛋白質則參與細胞信號傳導、免疫反應、細胞黏附和細胞周期調控等。同時，蛋白質也是動物飲食中必需的營養物質，這是因為動物自身無法合成所有胺基酸，動物需要和必須從食物中獲取必需胺基酸。通過消化過程將蛋白質降解為自由胺基酸，動物就可以將它們用於自身的代謝。
代謝調控可分為多個層次。在自身調節中，代謝途徑可以自調節以對受質或產物水平的變化做出反應；例如，產物量降低可以引起途徑通量的增加，從而使產物量得到補償。這種類型的調節包含對於途徑中多個酶的活性的變構調節。多細胞生物中，細胞在接收到來自其他細胞的信號後作出反應來改變它的代謝情況，而這就屬於外部調控。這些信號通常是通過可溶性分子來傳遞的，如激素和生長因子，它們能夠特異性地與細胞表面特定的受體分子結合。在與受體結合之後，信號就會通過第二信使系統被傳遞到細胞內部，此過程中通常含有蛋白質的磷酸化。由胰島素調節的葡萄糖代謝是一個研究得比較透徹的外部調控的例子。機體合成胰島素是用於對血液中葡萄糖水平的升高做出反應。胰島素與細胞表面的胰島素受體結合，然後活化一系列蛋白激酶級聯反應，使細胞能夠攝入葡萄糖並將其轉化為能量儲存分子，如脂肪酸和肝糖。肝糖的代謝是由磷酸化酶和肝糖合酶來控制的，前者可以降解肝糖，而後者可以合成肝糖。這些酶是相互調控的：磷酸化作用可以抑制肝糖合酶的活性，卻活化磷酸化酶的活性。胰島素通過活化蛋白磷酸酶而降低酶的磷酸化，從而使肝糖得以合成。
生物體之間合成20種基本胺基酸的能力各不相同。大多數的細菌和植物可以合成所有這20種胺基酸，而哺乳動物只能合成10種非必需胺基酸。因此對於包括人在內的哺乳動物，獲取必需胺基酸的途徑只能是攝入富含這些胺基酸的食物。所有胺基酸都可以從糖解、檸檬酸循環或磷酸戊醣循環中的中間產物生成。其中，合成過程所需的氮由麩胺酸和麩胺醯胺來提供。胺基酸合成需要先有適當的阿爾法－酮酸形成，然後通過轉氨作用形成胺基酸。核苷酸是由胺基酸、二氧化碳以及甲酸來合成的。由於其合成途徑需要消耗大量的代謝能量，大多數的生物體內都有有效的系統來進行核苷酸補救。嘌呤是以核苷為基礎合成的。腺嘌呤和鳥嘌呤是由前體核苷分子肌苷單磷酸衍生而來，而次黃苷酸則是由來自甘胺酸、麩胺醯胺和麩胺醯胺的原子以及從輔酶四氫葉酸鹽上轉移來的甲酸基來合成的。嘧啶是由鹼基乳清酸鹽合成的，乳清酸鹽則由麩胺醯胺和麩胺醯胺轉化而來。
澱粉、蛋白質和纖維素等大分子多聚體不能很快被細胞所吸收，需要先被分解為小分子單體然後才能被用於細胞代謝。有多種消化性酶能夠降解這些多聚體，如蛋白酶可以將但蛋白質降解為多肽片斷或胺基酸，糖苷水解酶可以將多醣分解為單醣。微生物只是簡單地分泌消化性酶到周圍環境中，而動物則只能由其消化系統中的特定細胞來分泌這些酶。由這些位於細胞外的酶分解獲得的胺基酸或單醣接著通過主動運輸蛋白被運送到細胞內。胺基酸既可以被用於合成蛋白質或其他生物分子，又可以被氧化為尿素和二氧化碳以提供能量。氧化的第一步是由轉氨酶將胺基酸上的胺基除去，胺基隨後被送入尿素循環，而留下的脫去胺基的碳骨架以酮酸的形式存在。有多種酮酸是檸檬酸循環的中間物。此外，生糖胺基酸能夠通過葡萄糖新生作用被轉化為葡萄糖。