Metabolismus lze definovat jako soubor katabolických a anabolických reakcí (u zdravých dospělých jsou tyto reakce v rovnováze). K syntetickým reakcím a zachování fyziologických funkcí potřebuje člověk energii, kterou získává jednak z přijaté potravy, jednak zpracováním dříve uložených vlastních zásob, ze kterých tuto energii získá. Zcela jednoduše lze proces získávání energie shrnout do čtyř fází.
- Trávení – extracelulárně, jednotlivé živiny se v trávícím traktu štěpí a své základní složky, které jsou poté resorbovány a do svého sílového místa transportovány krví
- Transformace živin na složky citrátového cyklu – nejčastější cílovou látkou je acetyl-CoA, který vstupuje do citrátového cyklu. Při štěpení metabolismu aminokyselin vzniká NH3.
- Citrátový cyklus – vznikají redukované kofaktory NADH a FADH2, které vstupují do dýchacího řetězce.
- Dýchací řetězec – probíhá v mitochondriích za vzniku ATP.
Změny energie v průběhu biochemických reakcí
Kritériem samovolnosti reakce je změna volné energie (Gibbsovy volné energie). Pokud může proběhnout samovolně, nazývá se exergonická, označuje se jako -ΔG a energie se při ní uvolňuje, opakem je endergonická reakce. Jako spřažení reakcí se pak nazývá, když situace, kdy probíhá současně exergonická reakce uvolňující energii, která pohání endergonickou reakci. Jako ΔG0 se označuje vztah volné energie k rovnovážné konstantě (kolik energie se uvolní/spotřebuje do dosažení chemické rovnováhy (a zároveň, zda může spontánně proběhnout nebo ne).
V buňkách jsou přítomny látky s energií nabitými vazbami, jejichž hydrolýza způsobí uvolnění energie (pokud je > 25 kJ.mol-1, tak se nazývá makroergní vazba a ve vzorci se zapisuje jako ~). Ke vzniku ~ vedou téměř vždy oxidační reakce (nejvíce dýchací řetězec a aerobní fosforylace se vznikem ATP, jako univerzální zdroj energie). Sloučeniny s největší energií jsou:
- fosfoenolpyruvát (ΔG -61,9 kJ.mol-1) vznikající při glykolýze
- 1,3-bisfosfoglycerát (ΔG -49,3 kJ.mol-1)
- kreatinfosfát (ΔG -43,1 kJ.mol-1)
- ATP (ΔG -30,5 kJ.mol-1)
- ADP (ΔG -27,6 kJ.mol-1)
- karbamolyfosfát (ΔG -49,3 kJ.mol-1)
- estery s kyselinou fosforečnou se někdy označují jako nízkoenergetické fosfáty (ΔG se pohybuje mezi 9 – 20 kJ.mol-1)
Nejdůležitějším zásobníkem energie je ATP – na adenosinovou bázi se N-glykosidově poutá β-D-ribóza a na C5 pak kysleina fosforečná a na ni anhydridově další dva fosfáty:
Oxidačně redukční reakce jako zdroj energie
Oxidačně redukční (redoxní) reakce probíhají přenosem elektronů, celých atomů vodíku nebo kyslíku a jsou zcela zásadní, protože pomocí nich získávají organismy většinu potřebné volné energie. Jejich průběh a potenciál oxidoredukce popisuje Nernst – Petersova reakce (nebudu se jí nyní zabývat) a zejména jedna její proměnná ΔE0 (standardní redoxní potenciál), který je spojen se změnou energie ΔG. Hodnota ΔE0 je rozhodující, pro to která ze složek reakce bude oxidována a která redukována (samozřejmě záleží i na jejich koncentraci).
