Теорія:

Універсальним джерелом енергії у всіх клітинах є АТФ (аденозинтриортофосфат, або аденозинтриортофосфатна кислота).
Усі енергетичні витрати будь-якої клітини забезпечуються за рахунок універсальної енергетичної речовини — АТФ.

будова АТФ.png
 
АТФ синтезується у результаті реакції приєднання одного залишку ортофосфатної кислоти до молекули АДФ (аденозиндиортофосфату):
 
АДФ+H3PO4+40кДж=АТФ+H2O.
 
Енергія запасається у формі енергії хімічних зв'язків АТФ. Хімічні зв'язки АТФ, при розриві яких виділяється багато енергії, називаються макроергічними.
 
При розпаді АТФ до АДФ клітина за рахунок розриву макроергічних зв'язку отримає приблизно \(40\) кДж енергії.
 
Енергія для синтезу АТФ з АДФ виділяється у процесі дисиміляції.
Енергетичний обмін (дисиміляція, катаболізм) — це сукупність хімічних реакцій поступового розпаду органічних сполук, що супроводжуються вивільненням енергії, частина якої витрачається на синтез АТФ.
Залежно від середовища існування організму, дисиміляція може відбуватися у два або у три етапи.
 
Процеси розщеплення органічних сполук в аеробних організмах відбуваються у три етапи: підготовчий, безкисневий і кисневий.
 
У результаті цього процесу органічні речовини розпадаються до простих неорганічних сполук.
 
три_етапи.png
 
У анаеробних організмів, що мешкають у безкисневому середовищі і не потребують кисню (а також у аеробних організмів при нестачі кисню), дисиміляція відбувається у два етапи: підготовчий і безкисневий.
 
У двоетапному енергетичному обміні енергії запасається набагато менше, ніж під час трьох етапів.
Перший етап — підготовчий
Підготовчий етап полягає у розпаді великих органічних молекул до простіших: полісахаридів — до моносахаридів, ліпідів — до гліцеролу і жирних кислот, білків — до амінокислот.

Цей процес називається травленням. У багатоклітинних організмах він здійснюється у шлунково-кишковому тракті за допомогою травних ферментів. У одноклітинних організмів — відбувається під дією ферментів лізосом.
 
В ході біохімічних реакцій, що відбуваються на цьому етапі, енергії виділяється мало, вона розсіюється у вигляді тепла, і АТФ не утворюється.
Другий етап — безкисневий (гліколіз)
Другий (безкисневий) етап полягає у ферментативному розщепленні органічних речовин, які були отримані у ході підготовчого етапу. Кисень в реакціях цього етапу участі не бере. Процес відбувається у цитозолі.
Біологічний сенс другого етапу полягає у початку поступового розщеплення і окиснення глюкози з накопиченням енергії у вигляді 2 молекул АТФ.
Процес безкисневого розщеплення глюкози називається гліколіз.
Гліколіз відбувається у цитоплазмі клітин.
 
Він складається з декількох послідовних реакцій перетворення молекули глюкози C6H12O6 на дві молекули піровиноградної кислоти — ПВК C3H4O3 та дві молекули АТФ (у вигляді якої запасається приблизно \(40\) % енергії, що виділилася при гліколізі). Інша енергія (близько \(60\) %) розсіюється у вигляді тепла.
 
C6H12O6+2H3PO4+2АДФ=2C3H4O3+2АТФ+2H2O.
 
Отримана піровиноградна кислота при нестачі кисню у клітинах тварин, а також клітинах багатьох грибів і мікроорганізмів, перетворюється на молочну кислоту C3H6O3.
 
HOOCCOCH3піровиноградна кислотаНАДH+H+лактатдегідрогеназаHOOCCHOHCH3молочна кислота
 
У м'язах людини при великих навантаженнях і нестачі кисню утворюється молочна кислота і з'являється біль. У нетренованих людей це відбувається швидше, ніж у людей тренованих.
 
При нестачі кисню у клітинах рослин, а також у клітинах деяких грибів (наприклад, дріжджів), замість гліколізу відбувається спиртове бродіння: піровиноградна кислота розпадається на етиловий спирт C2H5OH і вуглекислий газ CO2:
 
C6H12O6+2H3PO4+2АДФ=2C2H5OH+2CO2+2АТФ+2H2O.
Третій етап — кисневий
У результаті гліколізу глюкоза розпадається не до кінцевих продуктів (вуглекислого газу CO2 і води H2O), а до багатих енергією сполук (молочна кислота, етиловий спирт) які, окиснюючись у подальшому, можуть дати її у великих кількостях. Тому у аеробних організмів після гліколізу (або спиртового бродіння) відбувається третій, завершальний етап енергетичного обміну — повне кисневе розщеплення, або клітинне дихання. Цей етап відбувається на крістах мітохондрій.
 
Третій етап, так само як і гліколіз, є багатостадійним і складається з двох послідовних процесів — циклу Кребса і окисного фосфорилювання.
Третій (кисневий) етап полягає у тому, що при кисневому диханні піровиноградна кислота окиснюється до кінцевих продуктів — вуглекислого газу і води, а енергія, що виділяється при окисненні, запасається у вигляді \(36\) молекул АТФ (\(2\) молекули у циклі Кребса і \(34\) молекули — в ході окисного фосфорилювання ).
Цей етап можна уявити собі у наступному вигляді:
 
2C3H4O3+6O2+36H3PO4+36АДФ=6CO2+42H2O+36АТФ.
 
Згадаємо, що ще дві молекули АТФ запасаються під час безкисневого розщеплення кожної молекули глюкози (на другому, бескисневому етапі). Таким чином, у результаті повного розщеплення однієї молекули глюкози утворюється \(38\) молекул АТФ.
 
Сумарна реакція енергетичного обміну:
 
C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+38АТФ.
 
Для отримання енергії у клітинах, крім глюкози, можуть бути використані і інші речовини: ліпіди, білки. Проте, провідна роль в енергетичному обміні у більшості організмів належить сахаридам.