V živih organizmih se kemijske vezi med atomi v molekulah cepijo in nastajajo nove vezi in nove molekule. Pri teh procesih se energija bodisi sprošča bodisi se uporabi. Kadar se v neki molekuli razcepi šibka vez in nastane močnejša kemijska vez in bolj stabilna molekula, se pri tem sprosti energija, ki jo organizem lahko izkoristi za delo, uporabi za tvorbo novih kemijskih vezi in novih struktur ali pa se ta energija sprosti v obliki toplote.
V celicah je energija shranjena v obliki potencialne energije v molekuli adenozin trifosfata (ATP). ATP sestavljajo organska dušikova baza adenin, na katerega so preko sladkorja riboze vezane tri fosfatne skupine v dve t.i. fosfoanhidridni vezi.
Terminalna (tretja) fosfatna skupina v molekuli je šibko vezana, saj se elektroni oz. negativni naboji na kisikovih atomih »odbijajo«. Taka molekula je zaradi zakonov termodinamike nestabilna in ima veliko težnjo po tem, da razpade na molekule, ki imajo nižjo energijo in so bolj stabilne. Ko se ena fosfatna skupina v procesu hidrolize odcepi, se sprosti energija, ki jo lahko celica nato uporabi za delo, npr. mišična celica za kontrakcijo. Potencialna energija iz ATP se pretvori v kinetično energijo, majhen del pa se sprosti v obliki toplote. Tako se celokupna energija vesolja ohranja, neurejenost pa poveča, s čimer zadostimo zakonom termodinamike, o katerih sem pisal tukaj. Z odcepom ene fosfatne skupine iz ATP nastane adenozin difosfat (ADP), ki je bolj stabilna molekula in pri tem se sprosti 30.5 kJ/mol energije. Če to preračunamo v enote, ki so nam v svetu prehrane bolj poznane, torej kilokalorije, dobimo 7.3 kcal/mol. To so kalorije, ki jih naše telo lahko uporablja. Za tiste, ki se sprašujete, kaj za vraga je mol, naj omenim, da je to enota za množino snovi in 1 mol snovi predstavlja enako število delcev kot jih je v 12 g ogljikovega izotopa 12C. Le teh je ogromno, namreč 6.022 x 1023. Če poznamo malo kemijskega računanja, ugotovimo, da mora povprečen človek vsak dan proizvesti in pretvoriti približno enkrat do dvakrat toliko kilogramov ATP-ja kot je njegova telesna masa, zato da svoje telo preskrbi z dovolj energije (kalorij). Vrhunski športniki, na primer elitni kolesarji na Tour de France-u ali triatlonci na Ironmanu pa potrebujejo tudi 600 kilogramov ali več ATP-ja na dan, da zadostijo vsem energijskim potrebam telesa.
ATP je energijska valuta naših celic, ki nam omogoča, da eno vrsto energije pretvorimo v delo oziroma drugo vrsto energije. Predstavljajte si jo kot denar, s katerim lahko plačujemo. Več izdatkov imamo, več denarja porabimo in več energije in dela moramo vložiti v to, da ta denar zaslužimo.
Ker se pri odcepu fosfata iz ATP in nastanku ADP energija sprosti, se pri obratni reakciji prav toliko energije uporabi, da lahko ATP nastane iz ADP in fosfata. In od kod dobimo energijo, da vsak dan proizvedemo toliko ATP-ja? To energijo naše celice dobijo iz hranil v procesu celičnega dihanja, ki ga boste spoznali v prihodnjih vsebinah. Zaloge ATP-ja v telesu so namreč omejene in zadoščajo le za nekaj sekund življenja, zato so za nemoteno delovanje organizma potrebni biokemijski procesi, pri katerih ATP nastaja. Biokemijske reakcije, pri katerih se ATP tvori, imenujemo katabolne reakcije; reakcije, pri katerih se ATP porablja, pa anabolne. Da te reakcije potekajo, so potrebni encimi, ki delujejo kot katalizatorji. Katalizatorji so snovi, ki znižajo aktivacijsko energijo kemijske reakcije, to je energijska bariera, ki je posledica dejstva, da se vse v naravi, kljub temu da teži k neurejenosti, »upira« spremembi. V človeškem telesu poteka vsak trenutek na tisoče biokemijskih reakcij in brez encimov bi te reakcije potekale preveč počasi, da bi lahko življenje bilo tako kompleksno, kot ga poznamo. Zaradi tega so encimi za življenje najbolj pomembne beljakovinske molekule, saj omogočajo nastanek drugih beljakovinskih in nebeljakovinskih struktur. Anabolne reakcije, pri katerih se energija iz ATP uporablja za zgraditev teh struktur, so sklopljene s katabolnimi reakcijami, pri katerih molekule ATP nastajajo. Te reakcije ne morejo potekati v isti celici hkrati, saj so potrebni različni encimi, ki drug druge inhibirajo (blokirajo). Vsoto vseh katabolnih in anabolnih reakcij v organizmu, imenujemo metabolizem ali lepše slovensko presnova. Razmerje med ADP in ATP predstavlja energijski status celice in le-ta določa ali bo posamezna celica sprejela energijo iz hrane ali ne. Slednje igra ključno vlogo pri praktično vseh (pato)fizioloških procesih, ki se odvijajo v našem telesu. Presnovni procesi in nastanek energije v celici tako predstavljajo fundamentalni sistem v biologiji, od katerega so odvisni vsi ostali fiziološki sistemi. Kje in kako nastane molekula ATP-ja v celici, pa boste izvedeli v prihodnjih vsebinah.