Таким образом, обмен веществ тесно связан с обменом энергии.

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: