Карбоновые кислоты могут образовываться в клетке за счет метаболизма, катаболических процессов клетки, а также поступать извне через кровь в качестве конечных продуктов распада.

Окисление водорода кислородом – это реакция гремучего газа: О_>2 + 2Н_>2О. В лабораторных условиях она сопровождается взрывом. Если бы такая реакция происходила в живой клетке одномоментно, клетка погибла бы в результате выделения слишком большого количества энергии. Она бы попросту сгорела. Процесс выделения энергии в клетке происходит поэтапно. Высвобождающаяся в процессе биологического окисления энергия откладывается впрок и особым образом консервируется.

У всех эвкариот генетическая информация содержится не только в хромосомах клеточного ядра, но и в митохондриях – самовоспроизводящихся полуавтономных органеллах клетки, имеющих собственный геном. Если рассмотреть отдельно взятую митохондрию под электронным микроскопом, то можно увидеть две полупроницаемые оболочки, две мембраны: наружную и внутреннюю. Наружная мембрана гладкая, а вот внутренняя образует большое количество складок – крист. Эти кристы служат для увеличения поверхности мембраны, ведь именно в ней идет непосредственное образование энергии.

В них встроены белковые компоненты дыхательной цепи – ферменты, участвующие в преобразовании энергии химических связей окисляемых питательных веществ в энергию молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Такой «конвертируемой валютой» клетка оплачивает все свои энергетические потребности.

При возникновении необходимо в малых количествах энергии или при небольших либо умеренных нагрузках выработка энергии идет бескислородным путем. Одна молекула глюкозы расщепляется на 2 молекулы молочной кислоты. При этом выделяется энергия, которая аккумулируется в виде 2 молекул АТФ.

АТФ – универсальное топливо всех живых клеток. Аккумуляция энергии в виде АТФ просто необходима, так как энергия выделяется в одно время, а используется в другое, вырабатывается в одном месте, а потребляется в другом. АТФ как аккумулятор позволяет организму использовать полученную энергию в различных органах и в любое время вне зависимости от создавшейся ситуации. При больших и сверхмаксимальных нагрузках выработка энергии осуществляется уже с помощью кислорода. Глюкоза распадается на более простые, чем молочная кислота, части и вступает в цикл Кребса.

Цикл Кребса – целая цепь химических реакций. В этих реакциях водород постепенно, маленькими порциями отщепляется от одного окисляемого вещества и передается другому, от другого третьему и т. д. до тех пор, пока не соединится с кислородом воздуха с образованием воды. Энергия при этом высвобождается тоже не сразу, а постепенно, частями, аккумулируясь в виде АТФ. При кислородном окислении одной молекулы глюкозы образуются уже не 2, а целых 38 молекул АТФ.

Как образуется АТФ? При переносе атомов водорода (и соответствующих ему электронов) от одного вещества к другому возникает перепад ионов водорода. В результате такого перепада концентраций электронов наружная мембрана митохондрий заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно. Образуется энергетический мембранный потенциал. Энергия возникшей разницы потенциалов и затрачивается на синтез АТФ.

Если окисление происходит во внешней мембране митохондрий, то АТФ синтезируется во внутренней.

Митохондрия – одно из самых поразительных изобретений природы. Если вдуматься, то митохондрии есть не что иное, как живые молекулярные электростанции! Внутренняя мембрана митохондрий содержит так называемые дыхательные ферменты. Одни дыхательные ферменты присоединяют и отсоединяют атом водорода, передавая его с вещества на вещество. Другие отвечают за передачу электронов. В результате работы дыхательных ферментов и происходит генерация электрического мембранного потенциала, который запускает синтез АТФ. В процессе совершения химической, осмотической и механической работы, как оказалось, расходуется не только энергия, запасенная в виде АТФ. Все виды работ могут совершаться и непосредственно за счет использования электрического мембранного потенциала без участия АТФ. Такой электрический потенциал между двумя мембранами митохондрий наряду с АТФ есть конвертируемая форма энергии в живой клетке. АТФ растворима в воде и хорошо подходит для использования в водной среде. Мембранный потенциал используется для совершения работы внутри липидных клеточных мембран, которые обладают водоотталкивающими свойствами.