Таким образом очень схематически можно представить процесс образования энергии в теле животного. Богатые энергией питательные вещества разрушаются 'цепью' ферментов. Освобождающаяся при этом химическая энергия идет на зарядку АДФ — АТФ — аккумулятора
Существует много веществ, которые могут служить внутренними аккумуляторами энергии. Самые известные среди них — аденозинфосфаты. Наиболее богат энергией аденозинтрифосфат, или сокращенно АТФ, самый бедный — аденозинмонофосфат (АМФ), промежуточное положение занимает аденозиндифосфат (АДФ). Насыщенность этих соединений энергией увеличивается пропорционально количеству связанных фосфатных групп. Одна (АМФ), две (АДФ) или три (АТФ) связанные фосфатные группы определяют высоту энергетического уровня этих соединений. Обычно АТФ — аккумулятор разряжается только до уровня АДФ.
Наступило время сказать несколько слов о природе химической энергии. Этот вопрос не относится к теме нашей книги. Однако пришлось же нам говорить о тепловых электростанциях, хотя они тоже не имеют ничего общего с биологией. Попробуем разъяснить суть этой формы энергии в двух-трех словах. Совершенно очевидно, что химическая энергия связана с молекулами, атомами, ионами. Общая энергия складывается из энергий отдельных молекулы, атома, иона, умноженных на количество таких частиц. Следовательно, химическая энергия зависит от концентрации! Это важный вывод. Но откуда же берется энергия отдельной частицы? Точно ответить на этот вопрос можно лишь с помощью квантовой механики. И опять мы вынуждены подчеркнуть, что изложение принципов квантовой механики выходит за рамки нашей книги. Но следует набросать хотя бы грубую картину явлений, происходящих в мире частиц. Для этого нам придется обратиться к модели атома, созданной Бором.
Согласно этой модели, атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него по разным орбитам электронов. Отрицательно заряженные электроны притягиваются к положительно заряженному ядру, и ядро захватило бы их, если бы притяжение не уравновешивалось центробежной силой. Уже такая простая система обладает энергией, подобно привязанному за нить камню, который мы вращаем над головой. Если теперь два атома соединяются в молекулу, то есть химически взаимодействуют, орбиты внешних, так называемых валентных, электронов изменяются. Теперь электроны движутся вместе по сильно измененным орбитам, иногда вокруг обоих ядер сразу. Легко понять, что при этом энергия, запасенная в такой системе, меняется. Молекулы биологических систем состоят из огромного множества атомов. Современная квантовая механика пока не позволяет рассчитать энергию таких молекул. Но мы хорошо умеем измерять выделение или затрату энергии, которые происходят при превращении одного вещества в другое. Часто энергию выражают не в абсолютных значениях, а в относительных величинах, которые определяются относительно какой-либо произвольно выбранной стандартной величины.
Что же разумнее всего выбрать в качестве такой величины при измерении химической энергии? За энергию химического соединения проще всего принять ту энергию, которая необходима для построения этого соединения из отдельных элементов. Однако большинство соединений невозможно получить экспериментально из отдельных элементов: соответствующие реакции не протекают. Но пусть это нас не огорчает. Здесь нам пригодится то положение, которое мы включили в определение понятия энергии, а именно что энергия — величина, характеризующая состояние системы; она не зависит от того, каким путем это состояние достигнуто. Совершенно безразлично, как пройден путь от элемента до соединения, прямо или запутанно, кружной дорогой, в том или ином направлении. Если мы будем тщательно учитывать энергетический баланс каждого этапа, то есть суммировать выделяющуюся энергию и вычитать затраченную, то общий баланс энергии всегда окажется одним и тем же. Если вещество нельзя синтезировать из элементов, то его всегда можно разложить. При этом освободится ровно столько энергии, сколько затратив лось бы при его синтезе. Лучший путь разложения вещества — сжигание. В процессе сжигания вещество разлагается если не до отдельных элементов, то все же до весьма простых соединений. При "сжигании" органических молекул чаще всего выделяются вода, двуокись углерода и окись азота. А эти неорганические соединения уже легко синтезировать из отдельных элементов. Таким образом удается проследить путь от элемента до молекулы. Круг замкнулся.