第二十章 高能磷酸化合物第二十章 高能磷酸化合物

一、概念 在生物机体的能量转换过程中占有重要的地位。

机体内有许多磷酸化合物，其磷酸基团水解可释放出

大量的自由能，这类化合物称为高能磷酸化合物。一

般将水解释释放 5000 卡 / 摩尔（ 20.92 千焦耳 / 摩尔）以

上自由能的化合物称为高能化合物。

腺三磷（ ATP ）就是高能磷酸化合物的典型代表。

二、类型

1. 磷氧键型（— O~P— ）

2. 氮磷键型（— P~N— ）

3. 硫酯键型4. 甲硫键型

HC

C

CH2

OH

p

p

O

O

O

O

O

O

O

O

O~

C

CH2

p

O

O

O

O

O~

NH3

C p

O

O

O

O

O~

+3- 磷酸甘油酸磷酸

乙酰磷酸

氨甲酰磷酸

1. 磷氧键型 ① 酰基磷酸化合物

NH2

N

HC

N

C

C N

CHN

C

CH2

OH OH

HHH

H

O

p

O

O

O~C

O

OR

NH2

N

HC

N

C

C N

CHN

C

CH2

OH OH

HHH

H

O

p

O

O

O~C

O

OR CH

NH3+

酰基腺苷酸

氨酰腺苷酸

NH2

N

HC

N

C

C N

CHN

C

CH2

OH OH

HHH

H

Op p p

O

O

O

OO

O

O O

OO~ ~

腺一磷 AMP

腺二磷 ADP

腺三磷 ATP

p p

O

OO

O

O

OO~

无机焦磷酸

② 焦磷酸化合物

~O

O

O

OO

O

p

CH2

C

C

③ 烯醇式磷酸化合物

磷酸烯醇式丙酮酸

~O

O

O

O

O

p

CH2

C

C

N CH3

HN

HN

~O

O

O

O

O

p

CH2

C

C

N

HN

HN

H

HC NH3

CH2

2. 氮磷键型 磷酸肌酸 磷酸精氨酸

NH2

N

HC

N

C

C N

CHN

C

CH2

O OH

HHH

H

O

p

p

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

~S

3. 硫酯键型

3/- 磷酸腺苷 -5/- 磷酰硫酸

SCH2 CH2

H

N

-p

O

O

O O

CH2

CH3

CH3

C C

H

OH

C

O

N

H

CH2CH2 C

O

O

O

O

O

O

O

O

ppO

HH

HH

OH

CH2

C

NCH

NC

C

N

HC

N

NH2

~C

O

CH3

乙酰 CoA

4. 甲硫键型

S- 腺苷甲硫氨酸

这些特定键型之所以能释放大量的自由能，是由特定键型所决定的。这些键合形式比较活泼，具有较大的反应势能，很容易被水解而断裂，并且形成的产物含较少的自由能。

O

HH

HH

OHOH

CH2

C

NCH

NC

C

N

HC

N

NH2

+~H3C S

CH2

CH2

+NH3HC

-COO

某些磷酸化合物水解的标准自由能变化

化 合 物 ΔG0/ 千卡 / 摩尔 千焦耳 / 摩尔 磷酸烯醇式丙酮酸 － 14.80 － 61.9

3- 磷酸甘油酸磷酸 － 11.80 － 49.3

磷酸肌酸 － 10.30 － 43.1

乙酰磷酸 － 10.10 － 42.3

磷酸精氨酸 － 7.70 － 32.2

ATP(→ADP+Pi ) － 7.30 － 30.5

ADP(→AMP+Pi ) － 7.30 － 30.5

AMP(→ 腺苷 +Pi ) － 3.40 － 14.2

葡萄糖 -1- 磷酸 － 5.00 － 20.9

果糖 -6- 磷酸 － 3.80 － 15.9

葡萄糖 -6- 磷酸 － 3.30 － 13.8

甘油 -1- 磷酸 － 2.20 － 9.2

三、高能磷酸化合物的典型代表—— ATP

ATP （腺苷三磷酸）是一分子腺嘌呤、一分子核

糖和三个相连的磷酸基团构成的核苷酸。

ATP has an intermediate

phosphoryl group transfer

potential

ATP 作为能量流通的货币

ATP 断裂形成 AMP 和焦磷酸的作用

在某些情况下， ATP 的 - 和 β- 磷酸基团一起断裂，形成 AMP 和焦磷酸（ PPi ）：

ATP + H2O → AMP + PPi

ΔG0/ = － 7.7 千卡 / 摩尔

PPi + H2O → 2Pi

ΔG0/ = － 6.9 千卡 / 摩尔

具有特殊的生物学意义 例如：萤火虫靠 ATP 降解为 AMP 和 PPi 为发光物质“ 虫荧光酰腺甘酸”的形成提供腺苷酸；脂肪酸的活化也是以这种方式进行。

AMP 在机体内可转化为 ADP ，再磷酸化形成 ATP 。

腺苷酸激酶 Mg2+

AMP + ATP 2ADP

具有调节细胞 ATP 水平的作用，如肌肉收缩时可补

充 ATP 。

    [ATP]    [ADP][Pi]

  =  533 M-1

                                                                                                 

ATP can transfer a Pi, PPi or AMP to a reactant

ATP 在细胞内的功能

1. 作为磷酸基团共同中间传递体，起着能量携带和转运者的作用，故称能量通用货币；但 ATP 并不是能量贮存者。

脊椎动物：肌肉、脑、神经等易兴奋组织，贮能物质为磷酸肌酸；无脊椎动物：肌肉组织贮能物质为磷酸精氨酸。

2. 为肌肉收缩提供能量。

3. 推动跨膜主动转运。

ATP provides energy

usually through group

transfer, thus Activating

the substrate

生物体把能量用在生命活动的生物体把能量用在生命活动的各个方面

生物体把能量用在生命活动的各个方面

（六）其它核苷酸高能化合物NDP NTP dNDP dNTP

ADP ATP dADP dATP

GDP GTP dGDP dGTP

UDP UTP dTDP dTTP

CDP CTP dCDP dCTP

（七） ATP 系统的动态平衡 ATP 作为能量的重要供体，生命活动过程中消

耗量很大，利用速率很快，但 ATP 的含量始终保持在一个比较稳定的水平。

（八）细胞内能量状态的表示方法1. 磷酸化势能（ phosphorylation potentia

l ） [ATP]

[ADP] [Pi]

2. 能荷（ energy charge ） 总腺苷酸系统中（ ATP 、 ADP 、 AMP 总

和）所负荷的高能磷酸基数量。 [ATP] + ½[ADP]

[ATP] + [ADP] + [AMP]

四、磷酸原

磷酸肌酸是易兴奋组织（肌肉、大脑、神经）唯一能起暂时贮能作用的物质。

磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的贮能物质。

磷酸肌酸和磷酸精氨酸通过高能磷酸基团作为贮能物质，统称为磷酸原（ phosphagens) 。