חילוף חומרים אנרגטי, המתרחש בכל התאים של אורגניזם חי, נקרא התפזרות. זוהי קבוצה של תגובות פירוק של תרכובות אורגניות, שבהן משתחררת כמות מסוימת של אנרגיה.
ההתפרקות מתרחשת בשני או שלושה שלבים, תלוי בסוג האורגניזמים החיים. אז, באירובים, חילוף החומרים באנרגיה מורכב משלבי הכנה, נטולי חמצן וחמצן. באנאירובים (אורגניזמים המסוגלים לתפקד בסביבה אנוקסית), התפזרות אינה מצריכה את השלב האחרון.
השלב האחרון של חילוף החומרים באנרגיה באירובים מסתיים בחמצון מוחלט. במקרה זה, פירוק מולקולות הגלוקוז מתרחש עם היווצרות אנרגיה, אשר עוברת חלקית להיווצרות ATP.
כדאי לציין שסינתזת ATP מתרחשת בתהליך של זרחון, כאשר מוסיפים פוספט אנאורגני ל-ADP. במקביל, חומצה טריפוספורית אדנוזין מסונתזת במיטוכונדריה בהשתתפות ATP synthase.
איזו תגובה מתרחשת כאשר תרכובת אנרגיה זו נוצרת?
אדנוזין דיפוספט ופוספט מתחברים ליצירת ATP וקשר מאקרו-אירגי, שהיווצרותו לוקחת כ-30.6 קילו-ג'יי /מול. אדנוזין טריפוספט מספק לתאים אנרגיה, שכן כמות משמעותית ממנו משתחררת במהלך ההידרוליזה של הקשרים המאקרו-אירגיים של ATP בדיוק.
המכונה המולקולרית האחראית לסינתזה של ATP היא סינתאז ספציפי. הוא מורכב משני חלקים. אחד מהם ממוקם בממברנה והוא תעלה דרכה חודרים פרוטונים למיטוכונדריה. זה משחרר אנרגיה, הנלכדת על ידי חלק מבני אחר של ATP הנקרא F1. הוא מכיל סטטור ורוטור. הסטטור בממברנה קבוע ומורכב מאזור דלתא, וכן תת-יחידות אלפא ובטא, האחראיות לסינתזה הכימית של ATP. הרוטור מכיל יחידות משנה גמא וגם אפסילון. חלק זה מסתובב תוך שימוש באנרגיה של פרוטונים. סינתאז זה מבטיח את הסינתזה של ATP אם הפרוטונים מהממברנה החיצונית מכוונים לכיוון אמצע המיטוכונדריה.
יש לציין שתגובות כימיות בתא מתאפיינות בסדר מרחבי. התוצרים של אינטראקציות כימיות של חומרים מופצים בצורה א-סימטרית (יונים טעונים חיוביים הולכים בכיוון אחד, וחלקיקים בעלי מטען שלילי הולכים בכיוון השני), ויוצרים פוטנציאל אלקטרוכימי על הממברנה. הוא מורכב ממרכיב כימי וחשמלי. יש לומר שפוטנציאל זה על פני המיטוכונדריה הוא שהופך לצורה האוניברסלית של אגירת אנרגיה.
דפוס זה התגלה על ידי המדען האנגלי פ. מיטשל. הוא הציעשחומרים לאחר חמצון אינם נראים כמו מולקולות, אלא יונים בעלי מטען חיובי ושלילי, הממוקמים בצדדים מנוגדים של הממברנה המיטוכונדריאלית. הנחה זו אפשרה להבהיר את אופי היווצרותם של קשרים מאקרו-אירגיים בין פוספטים במהלך הסינתזה של אדנוזין טריפוספט, וכן לנסח את ההשערה הכימיוסמטית של תגובה זו.
