Биоэнергетика — раздел биохимии, который изучает биохимические механизмы, приводящие к генерации различных форм биологической энергии. Каждое органическое соединение обладает определённым запасом внутренней энергии (Е). Часть этой внутренней энергии молекулы может быть использована для совершения полезной работы. Эту энергию называют свободной энергией (G) молекулы. Она представляет собой энергию валентных электронов, участвующих в образовании химических связей. Источники энергии для организма - это химические реакции, в которых молекулы, содержащие атомы углерода в восстановленном состоянии, подвергаются окислению. При этом специальные дыхательные переносчики (молекулы НАД+ и ФАД) присоединяют протоны и электроны (восстанавливаются) и в таком виде транспортируют атомы водорода к дыхательной цепи.
Реакции катаболизма, сопровождающиеся уменьшением свободной энергии (-ΔG), являются донорами не только структурных предшественников, но и обеспечивают энергетически процессы анаболизма (+ΔG).
Если ΔG – отрицательно, то реакция протекает самопроизвольно и сопровождается уменьшением свободной энергии (экзергонические реакции) – катаболические превращения.
Если ΔG – положительно, реакции протекают только при поступлении свободной энергии извне (эндергонические) – анаболические реакции.
Если ΔG = 0, то система находится в равновесии.
Внутриклеточные химические реакции могут быть представлены в виде: