Запасання і використання енергії
Обговоримо насамперед процеси запасання, вивільнення і використання енергії. Хімічна енергія органічних сполук - перетворена форма сонячної енергії - укладена в структурі хімічних зв'язків цих сполук. При розриві зв'язків, зазвичай в процесі окислення, енергія вивільняється. Коли який-небудь органічний матеріал, наприклад деревина, згорає (окислюється), вся міститься в ньому енергія вивільняється цілком, головним чином у вигляді тепла. У рослині таке одночасне вивільнення великої кількості енергії було б, очевидно, марним, оскільки її не можна було б використовувати в упорядкованих, багатоступеневих конструктивних процесах. Живим організмам вдається використовувати енергію хімічних зв'язків завдяки тому, що окислення складається у них з ряду етапів, так що енергія вивільняється невеликими порціями, які і можуть тут же витрачатися в якихось інших процесах. Вивільнити енергію йде на утворення нових багатих енергією хімічних зв'язків, часто у формі АТР ( "енергетичної валюти" клітини; рис. 5.1), про що ми вже говорили раніше.
Мал. 5.1. Під час окислення цукру в клітці енергія запасається у формі особливих, 'багатих енергією' фосфатних зв'язків в молекулах аденозинтрифосфату (ATP). Звичайну фосфатную зв'язок позначають символом -P, а зв'язку, багаті енергією, - символом
P. ATP використовується в реакціях, що вимагають витрати енергії, наприклад при об'єднанні двох малих молекул (A, B) з утворенням більшої молекули (C)
Одну з головних форм такого поступового окислення становить процес перенесення електронів, що протікає в мітохондріях. При цьому процесі електрони переміщаються по ланцюгу перенесення електронів, т. Е. Переходять від одного переносника до іншого, з кожним разом на дещо нижчий енергетичний рівень. Переміщаючись подібним чином "вниз" від частково відновленого з'єднання вуглеводу) до тієї точки, де вони врешті-решт з'єднуються з киснем, електрони на кожному етапі віддають якусь частину своєї енергії, певна частка якої вловлюється у вигляді ATP. При фотосинтезі діють два ланцюги перенесення електронів: одна - для циклічного фотофосфорилування, здійснюваного фотосистемою I, і інша - для нециклічного фотофосфорилування, що зв'язує фотосистеми II і I.
Обидві ці системи постачають АТР, а фотосистема II - ще і відновну силу (NADPH) для фіксації CO2 і для відновлення її до рівня вуглеводу. В інших же клітинних реакціях використовується АТР, що утворюється переважно в процесі окисного фосфорилювання. Окислювальне фосфорилювання пов'язане з процесом дихання і здійснюється за допомогою іншої ланцюга перенесення електронів, яку ми також коротко розглянемо.
Поступово, т. Е. В кілька етапів, повинен відбуватися не тільки розпад органічних молекул (бо це необхідна умова ефективного запасання і використання енергії), але і синтез складних сполук - білків, нуклеїнових кислот, ліпідів або полісахаридів. Коли з простих молекул будуються більші, цим простим молекулам нерідко потрібна активація; іншими словами, їм повинно бути повідомлено достатню кількість енергії для того, щоб реакція могла завершитися. Внаслідок цього синтез того чи іншого з'єднання часто протікає більш складним шляхом, ніж його розпад.