Энергетический цикл в клетках

Молекулы сложных органических соединений, таких, как глюкоза, обладают большим запасом потенциальной энергии благодаря высокой сте­пени структурной организации, иначе говоря, благодаря сравнительно низкой энтропии. Когда молекула глюкозы окисляется молекулярным кислородом с образованием 6 молекул СО₂ и 6 молекул воды, степень упорядоченности атомов, входивших ранее в ее состав, резко уменьшается и энтропия соответственно возрастает. В результате высвобождается свободная энергия, за счет которой может совершаться работа.

Биологическое окисление представляет собой в сущности горение без огня, или низкотемпературное горение. Свободная же энергия клеточного топлива запасается в форме химической энергии, (в форме энергии фосфатных связей аденозинтрифосфата (АТФ)). АТФ синтезируется ферментативным путем из аденозиндифосфата (АДФ) и неорганического фосфата (Ф_н). Образующиеся молекулы АТФ могут диффундировать в те участки клетки, которым необходима энер­гия; таким образом, АТФ — это перемещающийся источник энергии (рис. 2).

Рисунок 2 – Цикл АТФ – АДФ

Существует и другая форма передачи химической энергии от катаболических окислительно-восстановительных реакций к реакциям анаболизма. Форма эта — перенос электронов. При синтезе некоторых биомолекул, богатых водородом, например таких, как жирные кислоты и холестерин, для восстановления двойных связей требуются электроны и водород. В клетке электроны, отнимаемые при катаболизме в реакциях окисления, передаются восстанавливаемым группам с помощью коферментов, играющих роль перенос­чиков электронов. Наиболее важный из них — никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) (рис. 3).

Рисунок 3 – Передача электронов с помощью специальных клеточных переносчиков (НАДФ)