Energetski metabolizam, koji se odvija u svim ćelijama živog organizma, naziva se disimilacija. To je skup reakcija razgradnje organskih jedinjenja, u kojima se oslobađa određena količina energije.
Disimilacija se odvija u dvije ili tri faze, ovisno o vrsti živih organizama. Dakle, kod aerobnih organizama energetski metabolizam se sastoji od pripremnih faza bez kiseonika i faza. Kod anaerobnih organizama (organizama koji mogu funkcionirati u anoksičnom okruženju), disimilacija ne zahtijeva posljednji korak.
Završna faza energetskog metabolizma u aerobima završava se potpunom oksidacijom. U ovom slučaju dolazi do razgradnje molekula glukoze sa stvaranjem energije, koja dijelom ide na stvaranje ATP-a.
Vrijedi napomenuti da se sinteza ATP-a događa u procesu fosforilacije, kada se neorganski fosfat dodaje ADP-u. Istovremeno, adenozin trifosforna kiselina se sintetiše u mitohondrijima uz učešće ATP sintaze.
Koja reakcija se dešava kada se formira ovo energetsko jedinjenje?
Adenozin difosfat i fosfat se kombinuju da formiraju ATP i makroergijsku vezu, za čije je formiranje potrebno oko 30,6 kJ /mol. Adenozin trifosfat daje ćelijama energiju, jer se značajna količina iste oslobađa tokom hidrolize upravo makroergijskih veza ATP-a.
Molekularna mašina odgovorna za sintezu ATP-a je specifična sintaza. Sastoji se iz dva dijela. Jedan od njih se nalazi u membrani i predstavlja kanal kroz koji protoni ulaze u mitohondrije. Ovo oslobađa energiju, koju hvata drugi strukturni dio ATP-a koji se zove F1. Sadrži stator i rotor. Stator u membrani je fiksiran i sastoji se od delta regiona, kao i alfa i beta podjedinica koje su odgovorne za hemijsku sintezu ATP-a. Rotor sadrži gama kao i epsilon podjedinice. Ovaj dio se okreće koristeći energiju protona. Ova sintaza osigurava sintezu ATP-a ako su protoni iz vanjske membrane usmjereni prema sredini mitohondrija.
Treba napomenuti da hemijske reakcije u ćeliji karakteriše prostorni poredak. Proizvodi hemijskih interakcija supstanci raspoređeni su asimetrično (pozitivno nabijeni ioni idu u jednom smjeru, a negativno nabijene čestice u drugom smjeru), stvarajući elektrohemijski potencijal na membrani. Sastoji se od kemijske i električne komponente. Treba reći da upravo taj potencijal na površini mitohondrija postaje univerzalni oblik skladištenja energije.
Ovaj obrazac je otkrio engleski naučnik P. Mitchell. On je predložioda tvari nakon oksidacije ne izgledaju kao molekule, već pozitivno i negativno nabijeni joni, koji se nalaze na suprotnim stranama mitohondrijske membrane. Ova pretpostavka je omogućila da se razjasni priroda formiranja makroergijskih veza između fosfata tokom sinteze adenozin trifosfata, kao i da se formuliše hemiosmotska hipoteza ove reakcije.
