Energetski metabolizem, ki poteka v vseh celicah živega organizma, se imenuje disimilacija. Je niz reakcij razgradnje organskih spojin, pri katerih se sprosti določena količina energije.
Disimilacija poteka v dveh ali treh fazah, odvisno od vrste živih organizmov. Tako je pri aerobih energijski metabolizem sestavljen iz pripravljalnih stopenj, faz brez kisika in kisika. Pri anaerobih (organizmih, ki lahko delujejo v anoksičnem okolju) disimilacija ne zahteva zadnjega koraka.
Končna faza energijske presnove v aerobih se konča s popolno oksidacijo. V tem primeru pride do razgradnje molekul glukoze s tvorbo energije, ki delno gre za tvorbo ATP.
Omeniti velja, da do sinteze ATP pride v procesu fosforilacije, ko se ADP doda anorganski fosfat. Hkrati se adenozin trifosforjeva kislina sintetizira v mitohondrijih s sodelovanjem ATP sintaze.
Kakšna reakcija se zgodi, ko nastane ta energijska spojina?
Adenozin difosfat in fosfat se združita, da tvorita ATP in makroergično vez, katere tvorba traja približno 30,6 kJ /mol. Adenozin trifosfat zagotavlja celicam energijo, saj se velika količina le-te sprosti med hidrolizo ravno makroergičnih vezi ATP.
Molekularni stroj, ki je odgovoren za sintezo ATP, je specifična sintaza. Sestavljen je iz dveh delov. Eden od njih se nahaja v membrani in je kanal, skozi katerega protoni vstopajo v mitohondrije. Pri tem se sprosti energija, ki jo zajame drugi strukturni del ATP, imenovan F1. Vsebuje stator in rotor. Stator v membrani je fiksiran in je sestavljen iz delta regije ter alfa in beta podenot, ki so odgovorne za kemično sintezo ATP. Rotor vsebuje gama in epsilon podenote. Ta del se vrti z energijo protonov. Ta sintaza zagotavlja sintezo ATP, če so protoni iz zunanje membrane usmerjeni proti sredini mitohondrijev.
Upoštevati je treba, da je za kemične reakcije v celici značilen prostorski red. Produkti kemičnih interakcij snovi so razporejeni asimetrično (pozitivno nabiti ioni gredo v eno smer, negativno nabiti delci pa v drugo smer), kar ustvarja elektrokemični potencial na membrani. Sestavljen je iz kemične in električne komponente. Povedati je treba, da prav ta potencial na površini mitohondrijev postane univerzalna oblika shranjevanja energije.
Ta vzorec je odkril angleški znanstvenik P. Mitchell. On je predlagalda snovi po oksidaciji niso videti kot molekule, ampak pozitivno in negativno nabiti ioni, ki se nahajajo na nasprotnih straneh mitohondrijske membrane. Ta predpostavka je omogočila razjasnitev narave nastanka makroergičnih vezi med fosfati med sintezo adenozin trifosfata, pa tudi formuliranje kemiosmotske hipoteze te reakcije.
