Energiemetabolisme, dat plaatsvindt in alle cellen van een levend organisme, wordt dissimilatie genoemd. Het is een reeks ontledingsreacties van organische verbindingen, waarbij een bepaalde hoeveelheid energie vrijkomt.
Dissimilatie vindt plaats in twee of drie fasen, afhankelijk van het type levende organismen. In aeroben bestaat het energiemetabolisme dus uit voorbereidende, zuurstofvrije en zuurstofstadia. Bij anaëroben (organismen die in een anoxische omgeving kunnen functioneren) is voor dissimilatie de laatste stap niet nodig.
De laatste fase van het energiemetabolisme in aeroben eindigt met volledige oxidatie. In dit geval vindt de afbraak van glucosemoleculen plaats met de vorming van energie, die gedeeltelijk naar de vorming van ATP gaat.
Het is vermeldenswaard dat ATP-synthese plaatsvindt tijdens het fosforyleringsproces, wanneer anorganisch fosfaat wordt toegevoegd aan ADP. Tegelijkertijd wordt adenosinetrifosforzuur gesynthetiseerd in mitochondriën met de deelname van ATP-synthase.
Welke reactie treedt op wanneer deze energieverbinding wordt gevormd?
Adenosinedifosfaat en fosfaat vormen samen ATP en een macro-erge binding, waarvan de vorming ongeveer 30,6 kJ duurt /mol. Adenosinetrifosfaat voorziet cellen van energie, aangezien een aanzienlijke hoeveelheid ervan vrijkomt tijdens de hydrolyse van precies de macro-erge bindingen van ATP.
De moleculaire machine die verantwoordelijk is voor de synthese van ATP is een specifieke synthase. Het bestaat uit twee delen. Een ervan bevindt zich in het membraan en is een kanaal waardoor protonen de mitochondriën binnenkomen. Hierdoor komt energie vrij, die wordt opgevangen door een ander structureel deel van ATP, F1 genaamd. Het bevat een stator en een rotor. De stator in het membraan is vast en bestaat uit een deltagebied, evenals alfa- en bèta-subeenheden, die verantwoordelijk zijn voor de chemische synthese van ATP. De rotor bevat zowel gamma- als epsilon-subeenheden. Dit deel draait met behulp van de energie van protonen. Deze synthase zorgt voor de synthese van ATP als de protonen van het buitenmembraan naar het midden van de mitochondriën worden gericht.
Opgemerkt moet worden dat chemische reacties in de cel worden gekenmerkt door ruimtelijke ordening. De producten van chemische interacties van stoffen zijn asymmetrisch verdeeld (positief geladen ionen gaan de ene kant op en negatief geladen deeltjes de andere kant op), waardoor een elektrochemisch potentieel op het membraan ontstaat. Het bestaat uit een chemische en een elektrische component. Het moet gezegd worden dat het dit potentieel op het oppervlak van mitochondriën is dat de universele vorm van energieopslag wordt.
Dit patroon is ontdekt door de Engelse wetenschapper P. Mitchell. Hij stelde voordat stoffen na oxidatie niet op moleculen lijken, maar op positief en negatief geladen ionen, die zich aan weerszijden van het mitochondriale membraan bevinden. Deze veronderstelling maakte het mogelijk om de aard van de vorming van macro-ergische bindingen tussen fosfaten tijdens de synthese van adenosinetrifosfaat te verhelderen, evenals om de chemiosmotische hypothese van deze reactie te formuleren.
