Энергетическое обеспечение мозга и организма в целом осуществляется благодаря расщеплению высокомолекулярных веществ. Процесс распада сложных соединений на более простые носит название
Синтез энергии, связанный с образованием основного макроэргического соединения – аденозинтрифосфата (АТФ), происходит как путем аэробного (в присутствии кислорода) окисления с помощью ферментов митохондриальной редокс-цепи, так и анаэробным путем в реакциях гликолиза, ферменты которого локализованы в цитоплазме клетки. Система аэробного образования АТФ является высокоэкономичной. В результате аэробного окисления в реакциях митохондриальной дыхательной цепи образуется 36 молей АТФ, а в реакциях гликолиза – только 2 моля АТФ. При этом аэробное окисление является и более экологически чистым процессом, так как в его реакциях происходит полное сгорание субстрата с образованием лишь воды и углекислого газа. В процессе же гликолиза в организме накапливается молочная кислота, которая способствует развитию внутриклеточного ацидоза, отрицательно влияющего на активность многих ферментов.
Главным поставщиком энергии в большинстве клеток млекопитающих является именно аэробный синтез энергии. Считается, что гликолиз выполняет роль компенсаторного механизма образования энергии, активируясь при недостаточности или нарушениях функции аэробного окисления [5] .
Как анаэробный, так и аэробный процессы превращения глюкозы имеют одинаковые механизмы вплоть до образования пировиноградной кислоты. В дальнейшем пируват транспортируется в митохондрии, где происходит его декарбоксилирование до ацетил-СоА. В митохондриях через цикл Кребса последний окисляется до углекислого газа и воды.
Катаболизм липидов включает их гидролиз, в результате которого образуются глицерол и жирные кислоты. Свободные жирные кислоты транспортируются в митохондрии, где они расщепляются в процессе бета-окисления. Ацетил-СоА, образующийся при бета-окислении, также катаболизируется в цикле Кребса.
Белки подвергаются гидролитическому окислению, главным образом в лизосомах, с образованием аминокислот. Дальнейший катаболизм многих аминокислот начинается с отщепления аминогруппы, которая в конечном итоге выводится в виде мочевины. Углеродные фрагменты аминокислот метаболизируются в цикле Кребса через ацетил-СоА.
Если в результате полного окисления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, то в результате окисления одной молекулы жирной кислоты, например, пальмитата, образуется до 129 молекул АТФ, а выход АТФ при окислении аминокислот примерно соответствует выходу АТФ при окислении глюкозы [Фокин В.Ф., Пономарева Н.В., 2003].