ATP sintēze notiek. ATP molekula bioloģijā: sastāvs, funkcijas un loma organismā. ATP molekulas struktūra

Adenozīna trifosforskābe-ATP- jebkuras dzīvas šūnas obligāta enerģijas sastāvdaļa. ATP ir arī nukleotīds, kas sastāv no adenīna slāpekļa bāzes, ribozes cukura un trim fosforskābes molekulas atlikumiem. Šī ir nestabila struktūra. Vielmaiņas procesos fosforskābes atlikumi tiek secīgi atdalīti no tā, pārtraucot enerģijas bagāto, bet trauslo saiti starp otro un trešo fosforskābes atlikumu. Vienas fosforskābes molekulas atslāņošanos pavada aptuveni 40 kJ enerģijas izdalīšanās. Šajā gadījumā ATP pāriet adenozīna difosforskābē (ADP), un, tālāk šķeļot fosforskābes atlikumu no ADP, veidojas adenozīna monofosforskābe (AMP).

ATP struktūras shematiskā diagramma un tā pārveidošana par ADP ( T.A. Kozlova, V.S. Kučmenko. Bioloģija tabulās. M., 2000. gads )

Līdz ar to ATP ir sava veida enerģijas akumulators šūnā, kas tiek "izlādējies", kad tas tiek sadalīts. ATP sadalīšanās notiek olbaltumvielu, tauku, ogļhidrātu un citu šūnu dzīvībai svarīgo funkciju sintēzes reakciju laikā. Šīs reakcijas notiek ar enerģijas absorbciju, kas tiek iegūta vielu sadalīšanās laikā.

ATP tiek sintezēts mitohondrijās vairākos posmos. Pirmais ir sagatavošanās - notiek pakāpeniski, katrā posmā iesaistot īpašus fermentus. Šajā gadījumā sarežģīti organiskie savienojumi tiek sadalīti līdz monomēriem: olbaltumvielas - līdz aminoskābēm, ogļhidrāti - līdz glikozei, nukleīnskābes - līdz nukleotīdiem utt. Šo vielu saišu pārraušana notiek kopā ar neliela enerģijas daudzuma izdalīšanos. Iegūtie monomēri citu enzīmu ietekmē var tālāk sadalīties, veidojot vienkāršākas vielas līdz pat oglekļa dioksīdam un ūdenim.

Shēma ATP sintēze šūnas mitohondrijās

VIELU UN ENERĢIJAS PĀRVĒRŠANAS SHĒMAS SKAIDROJUMI DISIMILĀCIJAS PROCESS

I posms - sagatavošanās: sarežģītas organiskās vielas gremošanas enzīmu iedarbībā sadalās vienkāršās, savukārt izdalās tikai siltumenerģija.
Olbaltumvielas -> aminoskābes
Tauki - > glicerīns un taukskābes
Ciete -> glikoze

II posms - glikolīze (bez skābekļa): tiek veikta hialoplazmā, nav saistīta ar membrānām; tas ietver fermentus; glikoze tiek sadalīta:

Rauga sēnēs glikozes molekula bez skābekļa līdzdalības tiek pārvērsta etilspirtā un oglekļa dioksīdā (alkoholiskā fermentācija):

Citos mikroorganismos glikolīzi var pabeigt, veidojot acetonu, etiķskābi utt. Visos gadījumos vienas glikozes molekulas sadalīšanās notiek kopā ar divu ATP molekulu veidošanos. Glikozes bezskābekļa sadalīšanās laikā ķīmiskās saites veidā 40% anerģijas tiek saglabāti ATP molekulā, bet pārējā daļa tiek izkliedēta siltuma veidā.

III stadija - hidrolīze (skābeklis): tiek veikta mitohondrijās, saistīta ar mitohondriju matricu un iekšējo membrānu, tajā piedalās fermenti, pienskābe šķeļ: C3H6Oz + 3H20 --> 3CO2 + 12H. CO2 (oglekļa dioksīds) izdalās no mitohondrijiem vidē. Ūdeņraža atoms ir iekļauts reakciju ķēdē, kuras gala rezultāts ir ATP sintēze. Šīs reakcijas notiek šādā secībā:

1. Ūdeņraža atoms H ar nesējenzīmu palīdzību iekļūst mitohondriju iekšējā membrānā, kas veido kristas, kur oksidējas: H-e--> H+

2. Ūdeņraža protons H+(katjons) nesēji tiek nogādāti uz kristāļu membrānas ārējo virsmu. Protoniem šī membrāna ir necaurlaidīga, tāpēc tie uzkrājas starpmembrānu telpā, veidojot protonu rezervuāru.

3. Ūdeņraža elektroni e tiek pārnesti uz cristae membrānas iekšējo virsmu un ar oksidāzes enzīma palīdzību nekavējoties pievienojas skābeklim, veidojot negatīvi lādētu aktīvo skābekli (anjonu): O2 + e--> O2-

4. Katjoni un anjoni abās membrānas pusēs rada pretēji lādētu elektrisko lauku, un, kad potenciālu starpība sasniedz 200 mV, sāk darboties protonu kanāls. Tas notiek ATP sintetāzes enzīmu molekulās, kas ir iestrādātas iekšējā membrānā, kas veido kristas.

5. Ūdeņraža protoni caur protonu kanālu H+ steidzas iekšā mitohondrijās, radot augstu enerģijas līmeni, no kura lielākā daļa nonāk ATP sintēzē no ADP un P (ADP + P -\u003e ATP) un protoniem H+ mijiedarbojas ar aktīvo skābekli, veidojot ūdeni un molekulāro 02:
(4Н++202- -->2Н20+02)

Tādējādi O2, kas nonāk mitohondrijās organisma elpošanas laikā, ir nepieciešams ūdeņraža protonu pievienošanai H. Ja tā nav, viss process mitohondrijās apstājas, jo pārstāj funkcionēt elektronu transportēšanas ķēde. III posma vispārējā reakcija:

(2CsHbOz + 6Oz + 36ADP + 36F ---> 6C02 + 36ATP + + 42H20)

Vienas glikozes molekulas sadalīšanās rezultātā veidojas 38 ATP molekulas: II stadijā - 2 ATP un III stadijā - 36 ATP. Iegūtās ATP molekulas pārsniedz mitohondrijus un piedalās visos šūnu procesos, kur nepieciešama enerģija. Sadaloties, ATP izdala enerģiju (viena fosfāta saite satur 40 kJ) un atgriežas mitohondrijās ADP un F (fosfāta) veidā.

gaismas fāze

Vielu un enerģijas pārveide disimilācijas procesā ietver šādas darbības:

Es iestudēju- sagatavošanās: sarežģītas organiskās vielas gremošanas enzīmu ietekmē sadalās vienkāršās, savukārt izdalās tikai siltumenerģija.
Proteins ® aminoskābes

Fats ® glicerīns un taukskābes

Ciete ® glikoze

II posms- glikolīze (bez skābekļa): tiek veikta hialoplazmā, nav saistīta ar membrānām; tas ietver fermentus; glikoze tiek sadalīta:

III posms- skābeklis: tiek veikts mitohondrijās, saistīts ar mitohondriju matricu un iekšējo membrānu, tajā piedalās fermenti, pirovīnskābe tiek šķelta

CO 2 (oglekļa dioksīds) izdalās no mitohondrijiem vidē. Ūdeņraža atoms ir iekļauts reakciju ķēdē, kuras gala rezultāts ir ATP sintēze. Šīs reakcijas notiek šādā secībā:

1. Ūdeņraža atoms H ar nesējenzīmu palīdzību iekļūst mitohondriju iekšējā membrānā, kas veido kristas, kur oksidējas:

2. Protonu H + (ūdeņraža katjonu) nesēji nes uz kristāļu membrānas ārējo virsmu. Protoniem šī membrāna, kā arī mitohondriju ārējā membrāna ir necaurlaidīga, tāpēc tie uzkrājas starpmembrānu telpā, veidojot protonu rezervuāru.

3. Ūdeņraža elektroni tiek pārnesti uz cristae membrānas iekšējo virsmu un nekavējoties ar oksidāzes enzīma palīdzību tiek piesaistīti skābeklim, veidojot negatīvi lādētu aktīvo skābekli (anjonu):

4. Katjoni un anjoni abās membrānas pusēs rada pretēji lādētu elektrisko lauku, un, kad potenciālu starpība sasniedz 200 mV, sāk darboties protonu kanāls. Tas notiek ATP sintetāzes enzīmu molekulās, kas ir iestrādātas iekšējā membrānā, kas veido kristas.

5. Caur protonu kanālu H + protoni ieplūst mitohondrijās, radot augstu enerģijas līmeni, no kura lielākā daļa nonāk ATP sintēzē no ADP un F (), un paši H + protoni mijiedarbojas ar aktīvo skābekli, veidojot ūdens un molekulārais O 2:

Tādējādi O 2, kas nonāk mitohondrijās organisma elpošanas laikā, ir nepieciešams H + protonu pievienošanai. Ja tā nav, viss process mitohondrijās apstājas, jo elektronu transportēšanas ķēde pārstāj darboties. III posma vispārējā reakcija:

Vienas glikozes molekulas sadalīšanās rezultātā veidojas 38 ATP molekulas: II stadijā - 2 ATP un III stadijā - 36 ATP. Izveidotās ATP molekulas iziet ārpus mitohondrijiem un piedalās visos šūnu procesos, kur nepieciešama enerģija. Sadaloties, ATP izdala enerģiju (viena fosfāta saite satur 46 kJ) un atgriežas mitohondrijās ADP un F (fosfāta) veidā.

Metabolisms (vielmaiņa) ir visu ķīmisko reakciju kopums, kas notiek organismā. Visas šīs reakcijas ir sadalītas 2 grupās

1. Plastmasas apmaiņa(asimilācija, anabolisms, biosintēze) - tas ir tad, kad no vienkāršām vielām ar enerģijas patēriņu izveidots (sintezēts) sarežģītāka. Piemērs:

• Fotosintēzes laikā glikoze tiek sintezēta no oglekļa dioksīda un ūdens.

2. Enerģijas apmaiņa(disimilācija, katabolisms, elpošana) ir tad, kad sarežģītas vielas sadalīties (oksidēt) uz vienkāršākiem, un tajā pašā laikā enerģija tiek atbrīvota dzīvībai nepieciešams. Piemērs:

• Mitohondrijās glikozi, aminoskābes un taukskābes oksidē skābeklis līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim, un rodas enerģija. (šūnu elpošana)

Plastmasas un enerģijas metabolisma attiecības

• Plastiskā vielmaiņa nodrošina šūnu ar kompleksām organiskām vielām (olbaltumvielām, taukiem, ogļhidrātiem, nukleīnskābēm), tajā skaitā enzīmu proteīnus enerģijas metabolismam.
• Enerģijas vielmaiņa nodrošina šūnu ar enerģiju. Veicot darbu (garīgo, muskuļu u.c.), pastiprinās enerģijas vielmaiņa.

ATP- šūnas universālā enerģētiskā viela (universālais enerģijas akumulators). Tas veidojas enerģijas metabolisma (organisko vielu oksidēšanās) procesā.

• Enerģijas metabolisma laikā visas vielas sadalās, un tiek sintezēts ATP. Šajā gadījumā sabrukušo komplekso vielu ķīmisko saišu enerģija tiek pārvērsta ATP enerģijā, enerģija tiek uzkrāta ATP.
• Plastmasas apmaiņas laikā visas vielas tiek sintezētas, un ATP sadalās. Kurā Tiek patērēta ATP enerģija(ATP enerģija tiek pārvērsta sarežģītu vielu ķīmisko saišu enerģijā, kas glabājas šajās vielās).

Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Plastmasas apmaiņas procesā
1) sarežģītāki ogļhidrāti tiek sintezēti no mazāk sarežģītiem
2) tauki tiek pārvērsti glicerīnā un taukskābēs
3) olbaltumvielas oksidējas, veidojoties oglekļa dioksīdam, ūdenim, slāpekli saturošām vielām
4) tiek atbrīvota enerģija un tiek sintezēts ATP

Atbilde

Izvēlieties trīs iespējas. Kā plastmasas apmaiņa atšķiras no enerģijas apmaiņas?
1) enerģija tiek uzkrāta ATP molekulās
2) tiek patērēta ATP molekulās uzkrātā enerģija
3) tiek sintezētas organiskās vielas
4) notiek organisko vielu sadalīšanās
5) vielmaiņas galaprodukti - oglekļa dioksīds un ūdens
6) vielmaiņas reakciju rezultātā veidojas olbaltumvielas

Atbilde

Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Plastmasas vielmaiņas procesā šūnās tiek sintezētas molekulas
1) olbaltumvielas
2) ūdens
3) ATP
4) neorganiskās vielas

Atbilde

Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Kāda ir plastmasas un enerģijas metabolisma saistība
1) plastmasas apmaiņa nodrošina organiskās vielas enerģijai
2) enerģijas apmaiņa piegādā skābekli plastmasai
3) plastmasas vielmaiņa piegādā minerālvielas enerģijai
4) plastmasas apmaiņa nodrošina ATP molekulas enerģijai

Atbilde

Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Enerģijas vielmaiņas procesā atšķirībā no plastmasas,
1) ATP molekulās esošās enerģijas patēriņš
2) enerģijas uzkrāšana ATP molekulu makroerģiskajās saitēs
3) nodrošināt šūnas ar olbaltumvielām un lipīdiem
4) šūnu nodrošināšana ar ogļhidrātiem un nukleīnskābēm

Atbilde

1. Izveidot atbilstību starp apmaiņas raksturlielumiem un tā veidu: 1) plastmasa, 2) enerģija. Ierakstiet skaitļus 1 un 2 pareizā secībā.
A) organisko vielu oksidēšana
B) polimēru veidošanās no monomēriem
B) ATP sadalījums
D) enerģijas uzglabāšana šūnā
D) DNS replikācija
E) oksidatīvā fosforilēšana

Atbilde

2. Izveidot atbilstību starp vielmaiņas raksturlielumiem šūnā un tās veidu: 1) enerģija, 2) plastika. Pierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošajā secībā.
A) notiek glikozes sadalīšanās bez skābekļa
B) rodas uz ribosomām, hloroplastos
C) vielmaiņas galaprodukti - oglekļa dioksīds un ūdens
D) tiek sintezētas organiskās vielas
D) tiek izmantota ATP molekulās uzkrātā enerģija
E) enerģija tiek atbrīvota un uzglabāta ATP molekulās

Atbilde

3. Izveidot atbilstību starp vielmaiņas pazīmēm cilvēkiem un tā veidiem: 1) plastisko vielmaiņu, 2) enerģijas metabolismu. Ierakstiet skaitļus 1 un 2 pareizā secībā.
A) vielas tiek oksidētas
B) tiek sintezētas vielas
C) enerģija tiek uzkrāta ATP molekulās
D) enerģija tiek iztērēta
D) procesā ir iesaistītas ribosomas
E) procesā ir iesaistīti mitohondriji

Atbilde

4. Izveidot atbilstību starp vielmaiņas raksturlielumiem un tā veidu: 1) enerģija, 2) plastika. Pierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošajā secībā.
A) DNS replikācija
B) proteīnu biosintēze
B) organisko vielu oksidēšana
D) transkripcija
D) ATP sintēze
E) ķīmiskā sintēze

Atbilde

5. Izveidot atbilstību starp apmaiņas raksturlielumiem un veidiem: 1) plastmasa, 2) enerģija. Pierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošajā secībā.
A) enerģija tiek uzkrāta ATP molekulās
B) tiek sintezēti biopolimēri
B) rodas oglekļa dioksīds un ūdens
D) notiek oksidatīvā fosforilēšanās
D) Notiek DNS replikācija

Atbilde

Izvēlieties trīs procesus, kas saistīti ar enerģijas metabolismu.
1) skābekļa izdalīšanās atmosfērā
2) oglekļa dioksīda, ūdens, urīnvielas veidošanās
3) oksidatīvā fosforilēšana
4) glikozes sintēze
5) glikolīze
6) ūdens fotolīze

Atbilde

Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Muskuļu kontrakcijai nepieciešamā enerģija tiek atbrīvota, kad
1) organisko vielu sadalīšanās gremošanas orgānos
2) muskuļu kairinājums ar nervu impulsiem
3) organisko vielu oksidēšanās muskuļos
4) ATP sintēze

Atbilde

Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Kāda procesa rezultātā šūnā notiek lipīdu sintēze?
1) disimilācija
2) bioloģiskā oksidēšana
3) plastmasas apmaiņa
4) glikolīze

Atbilde

Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Plastmasas vielmaiņas vērtība – organisma apgāde
1) minerālsāļi
2) skābeklis
3) biopolimēri
4) enerģija

Atbilde

Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Organisko vielu oksidēšanās cilvēka organismā notiek
1) plaušu pūslīši elpojot
2) ķermeņa šūnas plastmasas apmaiņas procesā
3) pārtikas sagremošanas process gremošanas traktā
4) ķermeņa šūnas enerģijas metabolisma procesā

Atbilde

Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Kādas vielmaiņas reakcijas šūnā pavada enerģijas izmaksas?
1) enerģijas metabolisma sagatavošanās posms
2) pienskābes fermentācija
3) organisko vielu oksidēšanās
4) plastmasas apmaiņa

Atbilde

1. Izveidot atbilstību starp procesiem un vielmaiņas sastāvdaļām: 1) anabolismu (asimilāciju), 2) katabolismu (disimilāciju). Ierakstiet skaitļus 1 un 2 pareizā secībā.
A) fermentācija
B) glikolīze
B) elpošana
D) proteīnu sintēze
D) fotosintēze
E) ķīmiskā sintēze

Atbilde

2. Izveidot atbilstību starp raksturlielumiem un vielmaiņas procesiem: 1) asimilācija (anabolisms), 2) disimilācija (katabolisms). Pierakstiet ciparus 1 un 2 burtiem atbilstošajā secībā.
A) ķermeņa organisko vielu sintēze
B) ietver sagatavošanās posmu, glikolīzi un oksidatīvo fosforilāciju
C) atbrīvotā enerģija tiek uzkrāta ATP
D) veidojas ūdens un oglekļa dioksīds
D) prasa enerģijas izmaksas
E) sastopams hloroplastos un ribosomās

Atbilde

Izvēlieties divas pareizās atbildes no piecām un pierakstiet ciparus, zem kuriem tās norādītas. Metabolisms ir viena no galvenajām dzīvo sistēmu īpašībām, to raksturo tas, kas notiek
1) selektīva reakcija uz ārējās vides ietekmi
2) fizioloģisko procesu un funkciju intensitātes izmaiņas ar dažādiem svārstību periodiem
3) pazīmju un īpašību nodošana no paaudzes paaudzē
4) nepieciešamo vielu uzsūkšanās un atkritumproduktu izvadīšana
5) relatīvi nemainīga iekšējās vides fizikālā un ķīmiskā sastāva uzturēšana

Atbilde

1. Visi tālāk minētie termini, izņemot divus, tiek izmantoti, lai aprakstītu plastmasas apmaiņu. Norādiet divus terminus, kas "izkrīt" no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) replikācija
2) dublēšanās
3) pārraide
4) pārvietošana
5) transkripcija

Atbilde

2. Visi zemāk uzskaitītie jēdzieni, izņemot divus, tiek izmantoti, lai aprakstītu plastisko vielmaiņu šūnā. Nosakiet divus jēdzienus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) asimilācija
2) disimilācija
3) glikolīze
4) transkripcija
5) pārraide

Atbilde

3. Tālāk uzskaitītie termini, izņemot divus, tiek izmantoti, lai raksturotu plastmasas apmaiņu. Identificējiet divus terminus, kas neietilpst vispārējā sarakstā, un pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) sadalīšana
2) oksidēšana
3) replikācija
4) transkripcija
5) ķīmiskā sintēze

Atbilde

Izvēlieties vienu, vispareizāko variantu. Slāpekļa bāzes adenīns, riboze un trīs fosforskābes atlikumi ir
1) DNS
2) RNS
3) ATP
4) vāvere

Atbilde

Visas zemāk minētās pazīmes, izņemot divas, var izmantot, lai raksturotu enerģijas metabolismu šūnā. Nosakiet divus elementus, kas “izkrīt” no vispārējā saraksta, un atbildē pierakstiet ciparus, zem kuriem tie ir norādīti.
1) nāk ar enerģijas absorbciju
2) beidzas mitohondrijās
3) beidzas ribosomās
4) pavada ATP molekulu sintēze
5) beidzas ar oglekļa dioksīda veidošanos

Atbilde

© D.V. Pozdņakovs, 2009-2019

To sauc par disimilāciju. Tas ir organisko savienojumu kopums, kurā izdalās noteikts enerģijas daudzums.

Disimilācija notiek divos vai trīs posmos atkarībā no dzīvo organismu veida. Tātad aerobos tas sastāv no sagatavošanās, bezskābekļa un skābekļa posmiem. Anaerobos (organismos, kas spēj darboties anoksiskā vidē) disimilācijai nav nepieciešams pēdējais solis.

Pēdējais enerģijas metabolisma posms aerobos beidzas ar pilnīgu oksidēšanos. Šajā gadījumā glikozes molekulu sadalīšanās notiek, veidojot enerģiju, kas daļēji nonāk ATP veidošanā.

Ir vērts atzīmēt, ka ATP sintēze notiek fosforilēšanās procesā, kad ADP tiek pievienots neorganiskais fosfāts. Tajā pašā laikā tas tiek sintezēts mitohondrijās, piedaloties ATP sintāzei.

Kāda reakcija notiek šī enerģijas savienojuma veidošanās laikā?

Adenozīna difosfāts un fosfāts apvienojas, veidojot ATP, un tā veidošanās aizņem apmēram 30,6 kJ / mol. Adenozīna trifosfāts, jo ievērojams daudzums tā izdalās tieši ATP augstas enerģijas saišu hidrolīzes laikā.

Molekulārā mašīna, kas ir atbildīga par ATP sintēzi, ir specifiska sintāze. Tas sastāv no divām daļām. Viens no tiem atrodas membrānā un ir kanāls, pa kuru protoni nonāk mitohondrijās. Tas atbrīvo enerģiju, ko uztver cita ATP strukturālā daļa, ko sauc par F1. Tas satur statoru un rotoru. Stators membrānā ir fiksēts un sastāv no delta apgabala, kā arī alfa un beta apakšvienībām, kas ir atbildīgas par ATP ķīmisko sintēzi. Rotors satur gamma, kā arī epsilona apakšvienības. Šī daļa griežas, izmantojot protonu enerģiju. Šī sintāze nodrošina ATP sintēzi, ja protoni no ārējās membrānas ir vērsti uz mitohondriju vidu.

Jāņem vērā, ka šūnai raksturīga telpiskā kārtība. Vielu ķīmiskās mijiedarbības produkti tiek sadalīti asimetriski (pozitīvi lādēti joni iet vienā virzienā, bet negatīvi lādētās daļiņas – otrā virzienā), radot uz membrānas elektroķīmisko potenciālu. Tas sastāv no ķīmiskās un elektriskās sastāvdaļas. Jāsaka, ka tieši šis potenciāls uz mitohondriju virsmas kļūst par universālo enerģijas uzkrāšanas veidu.

Šo modeli atklāja angļu zinātnieks P. Mičels. Viņš ierosināja, ka vielas pēc oksidēšanās izskatās nevis kā molekulas, bet gan pozitīvi un negatīvi lādēti joni, kas atrodas pretējās mitohondriju membrānas pusēs. Šis pieņēmums ļāva noskaidrot makroerģisko saišu veidošanās raksturu starp fosfātiem adenozīna trifosfāta sintēzes laikā, kā arī formulēt šīs reakcijas ķīmijmotisko hipotēzi.

Galvenā enerģijas avots šūnai ir barības vielas: ogļhidrāti, tauki un olbaltumvielas, kas oksidējas ar skābekļa palīdzību. Gandrīz visi ogļhidrāti, pirms nonāk ķermeņa šūnās, kuņģa-zarnu trakta un aknu darbības rezultātā tiek pārvērsti glikozē. Kopā ar ogļhidrātiem tiek sadalīti arī olbaltumvielas - līdz aminoskābēm un lipīdiem - līdz taukskābēm.Šūnā barības vielas oksidējas skābekļa iedarbībā un piedaloties enzīmiem, kas kontrolē enerģijas izdalīšanās un tās izmantošanas reakcijas.

Gandrīz visas oksidatīvās reakcijas rodas mitohondrijās, un atbrīvotā enerģija tiek uzkrāta makroerģiskā savienojuma - ATP formā. Nākotnē tieši ATP, nevis barības vielas, tiks izmantotas, lai nodrošinātu enerģiju intracelulāriem vielmaiņas procesiem.

ATP molekula satur: (1) slāpekļa bāzes adenīnu; (2) pentozes ogļhidrātu riboze, (3) trīs fosforskābes atlikumi. Pēdējie divi fosfāti ir saistīti viens ar otru un ar pārējo molekulu ar makroerģiskām fosfātu saitēm, kuras ATP formulā apzīmē ar simbolu ~. Ievērojot ķermenim raksturīgos fizikālos un ķīmiskos apstākļus, katras šādas saites enerģija ir 12 000 kaloriju uz 1 molu ATP, kas ir daudzkārt lielāka nekā parastās ķīmiskās saites enerģija, tāpēc fosfātu saites tiek sauktas par makroerģiskām. Turklāt šīs saites ir viegli iznīcināmas, nodrošinot intracelulāros procesus ar enerģiju, tiklīdz rodas vajadzība.

Kad tiek atbrīvots ATP enerģija ziedo fosfātu grupu un tiek pārveidots par adenozīna difosfātu. Atbrīvotā enerģija tiek izmantota gandrīz visiem šūnu procesiem, piemēram, biosintēzes reakcijās un muskuļu kontrakcijas laikā.

ATP rezervju papildināšana rodas, rekombinējot ADP ar fosforskābes atlikumu uz barības vielu enerģijas rēķina. Šis process tiek atkārtots atkal un atkal. ATP tiek pastāvīgi patērēts un uzkrāts, tāpēc to sauc par šūnas enerģijas valūtu. ATP aprites laiks ir tikai dažas minūtes.

Mitohondriju loma ATP veidošanās ķīmiskajās reakcijās. Kad glikoze nonāk šūnā, citoplazmas enzīmu ietekmē tā pārvēršas pirovīnskābe (šo procesu sauc par glikolīzi). Šajā procesā atbrīvotā enerģija tiek izmantota, lai pārveidotu nelielu ADP daudzumu par ATP, mazāk nekā 5% no kopējām enerģijas rezervēm.

95% tiek veikti mitohondrijās. Pirovīnskābe, taukskābes un aminoskābes, kas veidojas attiecīgi no ogļhidrātiem, taukiem un olbaltumvielām, galu galā mitohondriju matricā tiek pārvērstas savienojumā, ko sauc par acetil-CoA. Šis savienojums, savukārt, nonāk virknē enzīmu reakciju, ko kopīgi sauc par trikarbonskābes ciklu vai Krebsa ciklu, lai atdotu savu enerģiju.

Ciklā trikarbonskābes acetil-CoA sadalās ūdeņraža atomos un oglekļa dioksīda molekulās. Oglekļa dioksīds tiek izvadīts no mitohondrijiem, pēc tam no šūnas difūzijas ceļā un izdalās no organisma caur plaušām.

ūdeņraža atomi ir ķīmiski ļoti aktīvi un tāpēc nekavējoties reaģē ar skābekli, kas izkliedējas mitohondrijās. Lielais enerģijas daudzums, kas izdalās šajā reakcijā, tiek izmantots, lai daudzas ADP molekulas pārvērstu par ATP. Šīs reakcijas ir diezgan sarežģītas un prasa milzīgu enzīmu līdzdalību, kas veido mitohondriju kristālus. Sākotnējā posmā no ūdeņraža atoma tiek atdalīts elektrons, un atoms pārvēršas par ūdeņraža jonu. Process beidzas ar ūdeņraža jonu pievienošanu skābeklim. Šīs reakcijas rezultātā veidojas ūdens un liels enerģijas daudzums, kas nepieciešams ATP sintetāzes, liela lodveida proteīna, kas darbojas kā tuberkuli uz mitohondriju kristālu virsmas, darbībai. Šī enzīma iedarbībā, kas izmanto ūdeņraža jonu enerģiju, ADP tiek pārveidots par ATP. Jaunas ATP molekulas tiek nosūtītas no mitohondrijiem uz visām šūnas daļām, ieskaitot kodolu, kur šī savienojuma enerģija tiek izmantota dažādu funkciju nodrošināšanai.
Šis process ATP sintēze parasti sauc par ATP veidošanās ķīmisko mehānismu.