Высокоэнергетический фосфат может означать одно из двух:
Высокоэнергетические фосфатные связи обычно являются пирофосфатными связями, кислотно -ангидридными связями, образованными путем взятия производных фосфорной кислоты и их дегидратации. Как следствие, гидролиз этих связей является экзергоническим в физиологических условиях, высвобождая свободную энергию Гиббса .
За исключением PP i → 2 P i , эти реакции, как правило, не могут быть неконтролируемыми в человеческой клетке, а вместо этого связаны с другими процессами, требующими энергии для их завершения. Таким образом, высокоэнергетические фосфатные реакции могут:
Единственное исключение имеет ценность, поскольку оно позволяет одному гидролизу, АТФ + H 2 O → AMP + PP i , эффективно поставлять энергию гидролиза двух высокоэнергетических связей, при этом гидролиз PP i может быть завершен в отдельной реакции. AMP регенерируется в АТФ в два этапа, с равновесной реакцией АТФ + AMP ↔ 2АДФ, за которой следует регенерация АТФ обычными способами, окислительным фосфорилированием или другими путями производства энергии, такими как гликолиз .
Часто высокоэнергетические фосфатные связи обозначаются символом «~». В этой «закорючной» нотации АТФ становится AP~P~P. Закорючую нотацию придумал Фриц Альберт Липман , который первым предложил АТФ в качестве основной молекулы-переносчика энергии клетки в 1941 году. [4] Нотация Липмана подчеркивает особую природу этих связей. [5] Страйер утверждает:
АТФ часто называют высокоэнергетическим соединением, а его фосфоангидридные связи называют высокоэнергетическими связями. В самих связях нет ничего особенного. Они являются высокоэнергетическими связями в том смысле, что при их гидролизе высвобождается свободная энергия по причинам, указанным выше. Термин Липмана «высокоэнергетическая связь» и его символ ~P (закорючка P) для соединения, имеющего высокий потенциал переноса фосфатной группы, являются яркими, краткими и полезными обозначениями. Фактически закорючка Липмана сделала многое для стимулирования интереса к биоэнергетике. [5]
Термин «высокая энергия» в отношении этих связей может вводить в заблуждение, поскольку отрицательное изменение свободной энергии не связано напрямую с разрывом самих связей. Разрыв этих связей, как и разрыв большинства связей, является эндергоническим и потребляет энергию, а не высвобождает ее. Отрицательное изменение свободной энергии происходит вместо этого из-за того, что связи, образованные после гидролиза — или фосфорилирования остатка АТФ — имеют более низкую энергию, чем связи, присутствующие до гидролиза. (Сюда входят все связи, участвующие в реакции, а не только сами фосфатные связи). Этот эффект обусловлен рядом факторов, включая повышенную резонансную стабилизацию и сольватацию продуктов относительно реагентов, а также дестабилизацию реагентов из-за электростатического отталкивания между соседними атомами фосфора. [6]