NH2 o→P~0—P~O-—0 ”代表水解时产生高能的键 水解时释放出14 kJ/mol能量。一般将水解时释放出20.9kJ/mol以上自由能的化合物称为 髙能化合物,含有高能的键称为高能键,常用“~”符号表示。这里的高能键必须与物理 化学上的高能键区别开来。在物理化学上,键能是断裂一个键所需要的能量,断键输入的 能量越多键就越稳定;而在生物化学上,高能键是指水解反应或基团转移反应中的标准自 由能变化(△G0),水解时释放的自由能愈多,这个键就愈不稳定,愈容易被水解而断 裂。高能化合物与低能化合物是相对而言的。 2.高能化合物的类型 机体内高能化合物的种类很多,不只是高能磷酸化合物,根据其键型的特点,可将高 能化合物分为以下几种类型 (1)磷氧键型(一O~P)属于这种键型的化合物很多,又可分成几类 ①酰基磷酸化合物: -O-P-O H3N-C-0-P H,--O 1,3-二磷酸甘油酸 乙酰磷酸 氨甲酰磷酸 腺苷 酰基腺苷酸 氨酰腺苷酸 ②焦磷酸化合物:
178 N N N N NH2 O OH OH H H H H O P O O O - ～ O P ～ O O - P - O O O - γ β α 腺三磷 “～” 代表水解时产生高能的键 水解时释放出 14.2kJ/mol能量。一般将水解时释放出 20.9kJ/mol 以上自由能的化合物称为 高能化合物，含有高能的键称为高能键，常用“～”符号表示。这里的高能键必须与物理 化学上的高能键区别开来。在物理化学上，键能是断裂一个键所需要的能量，断键输入的 能量越多键就越稳定；而在生物化学上，高能键是指水解反应或基团转移反应中的标准自 由能变化（ΔG０），水解时释放的自由能愈多，这个键就愈不稳定 ，愈容易被水解而断 裂。高能化合物与低能化合物是相对而言的。 2．高能化合物的类型 机体内高能化合物的种类很多，不只是高能磷酸化合物，根据其键型的特点，可将高 能化合物分为以下几种类型： （1）磷氧键型(－O～P) 属于这种键型的化合物很多，又可分成几类。 ①酰基磷酸化合物： C CH3 CH2 OH O O O O O - O O - P HC P O - ~ C O O O O - ~ P O - H3N + C O O O O - ~ P O - 1,3-二磷酸甘油酸 乙酰-磷酸 氨甲酰磷酸 O - R C O P O - O - O ～ O 腺苷 酰基腺苷酸 C O P O - O - O ～ O 腺苷 氨酰腺苷酸 C H +NH3 R ②焦磷酸化合物：
OP~O-P~O腺苷OP~O- 无机焦磷酸 腺一苷,AMP ADP 腺三苷,ATP ③烯醇式磷酸化合物: 磷酸烯醇式丙酮酸 HN N P-O (2)氮磷键型如胍基磷酸化和物 (CH2)3 HC-NH 磷酸肌酸 磷酸精氨酸 NH2 (3)硫酯键型如活性硫酸基: O-s0-P—O (4)甲硫键型如活性甲硫氨酸。 以上高能化合物中,含有磷酸基团的占 0-P—O 绝大多数,但并不是所有含磷酸基团的化合 物都属于高能磷酸化合物。例如,葡萄糖-6 3’-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸 磷酸,甘油磷脂等化合物,水解时每摩尔只 能释放出12.54kJ的能量,属于低能磷酸化合物 3.ATP的特殊作用 ATP在一切生物的生命活动中都起着重要作用,在细胞的细胞核、细胞质和线粒体中 都有ATP存在。 细胞中的磷酸化合物根据其水解时释放自由能的多少分为高能磷酸化合物和低能磷酸 化合物。但在不同的磷酸化合物之间,△G°的大小并没有明显的高能和低能的界限,从
179 O - -O O P O O - O O - P O - O O P O O - O P O O - O O - ~ P ~ ` ~ ~ ~ 无机焦磷酸 腺一苷, AMP 腺二苷 , ADP 腺三苷, ATP 腺苷 ③烯醇式磷酸化合物： O O - O O - C P COO - CH2 磷酸烯醇式丙酮酸 ~ （2）氮磷键型 如胍基磷酸化和物： （3）硫酯键型 如活性硫酸基： （4）甲硫键型 如活性甲硫氨酸。 以上高能化合物中，含有磷酸基团的占 绝大多数，但并不是所有含磷酸基团的化合 物都属于高能磷酸化合物。例如，葡萄糖-6- 磷酸，甘油磷脂等化合物，水解时每摩尔只 能释放出 12.54kJ 的能量，属于低能磷酸化合物。 3．ATP 的特殊作用 ATP 在一切生物的生命活动中都起着重要作用，在细胞的细胞核、细胞质和线粒体中 都有 ATP 存在。 细胞中的磷酸化合物根据其水解时释放自由能的多少分为高能磷酸化合物和低能磷酸 化合物。但在不同的磷酸化合物之间，ΔG0 的大小并没有明显的高能和低能的界限，从 O - O O - HN P C N CH2 NH CH3 COO - 磷酸肌酸 O O - HN P C NH (CH2 )3 NH COO - HC NH3 磷酸精氨酸 ~ ~ O - N N N N NH2 O O OH H H H H O P O O O - O - S～ O O P -O O O - 3'-磷酸腺苷-5'-磷酰硫酸
表7-3中可以看出ΔG值是逐步下降的。ATP所释放的自由能值正处在中间位置。在ATP 以上的任何一种磷酸化合物都倾向于将它的磷酸基团转移给在它以下的磷酸受体分子。例 如,AD能接受在ATP以上的磷酸基团。同样,ATP倾向于将其磷酸基团转移给在它以 下的受体,如葡萄糖6-磷酸。表7-3清晰表明了不同磷酸化合物其磷酸基团转移的热力学 趋势或转移势能的大小(一般用无方向的正值表示)。 表7-3某些磷酸化合物水解的标准自由能变化 △G(kJ/mol) 酸基团转移势能△G°( kVmol) 磷酸烯醇式丙酮酸 61.9 磷酸甘油酸磷酸 49.3 磷酸肌酸 乙酰磷酸 42.3 磷酸精氨酸 ATP(→ADP+Pi) AMP(→腺苷+Pi) 葡萄糖-1-磷酸 20.9 果糖一6-磷酸 葡萄糖一6-磷酸 13.8 甘油-1-磷酸 ATP在磷酸化合物中所处的位置具有重要的意义它在细胞的酶促磷酸基团转移中是 个“共同中间体”。ADP可以接受表73中在它以上的化合物的磷酸基团,所形成的 ATP可将磷酸基团转移给其他的受体,形成在ATP以下的磷酸化合物。ATP作为磷酸基 团共同中间传递体的作用可用图7表示。由图7-1可以看出,ATP是能量的携带者和转 运者,但并不是能量的贮存者。起贮存能量作用的物质称为磷酸原,在脊推动物中是磷酸 磷酸烯醇式丙酮酸 高能~P供体 磷酸肌酸(高能磷酸基团贮备物) 国拼避 6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油 图71ATP作为磷酸基团共同中间传递体示意图 磷酸肌酸为高能磷酸基团贮备物:6-磷酸葡萄糖,3磷酸甘油酸为低能磷酸基团受体。磷酸基团由高能磷酸供体通过AIP-ADP 系统转至低能磷酸受体,转移的方向是由高能化合物转移到低能化合物。磷酸基团转移势能的测定条件为标准状况
180 表 7-3 中可以看出ΔG0 值是逐步下降的。ATP所释放的自由能值正处在中间位置。在 ATP 以上的任何一种磷酸化合物都倾向于将它的磷酸基团转移给在它以下的磷酸受体分子。例 如，ADP能接受在 ATP以上的磷酸基团。同样，ATP倾向于将其磷酸基团转移给在它以 下的受体，如葡萄糖-6-磷酸。表 7-3 清晰表明了不同磷酸化合物其磷酸基团转移的热力学 趋势或转移势能的大小(一般用无方向的正值表示)。 表 7-3 某些磷酸化合物水解的标准自由能变化 化合物 ΔG 0 （kJ/mol） 磷酸基团转移势能ΔG 0（kJ/mol） 磷酸烯醇式丙酮酸 －61.9 61.9 3-磷酸甘油酸磷酸 －49.3 49.3 磷酸肌酸 －43.1 43.1 乙酰磷酸 －42.3 42.3 磷酸精氨酸 －32.2 32.2 ATP（→ADP+Pi） －30.5 30.5 ADP（→AMP+Pi） －30.5 30.5 AMP（→腺苷+Pi） －14.2 14.2 葡萄糖-1-磷酸 －20.9 20.9 果糖-6-磷酸 －15.9 15.9 葡萄糖-6-磷酸 －13.8 13.8 甘油-1-磷酸 －9.2 9.2 ATP 在磷酸化合物中所处的位置具有重要的意义，它在细胞的酶促磷酸基团转移中是 一个“共同中间体”。 ADP 可以接受表 7-3 中在它以上的化合物的磷酸基团，所形成的 ATP 可将磷酸基团转移给其他的受体，形成在 ATP 以下的磷酸化合物。ATP 作为磷酸基 团共同中间传递体的作用可用图 7-l 表示。由图 7-1 可以看出，ATP 是能量的携带者和转 运者，但并不是能量的贮存者。起贮存能量作用的物质称为磷酸原，在脊推动物中是磷酸 2 4 6 8 10 12 14 16 0 ~P ~P ~P ~P ~P ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 1,3-二磷酸 甘油酸 高能~P供体 磷酸肌酸(高能磷酸基团贮备物) 6-磷酸葡萄糖 磷 3-磷酸甘油 酸基团转移势能 [×4.18(kJ/mol)] 图 7-1 ATP 作为磷酸基团共同中间传递体示意图 磷酸肌酸为高能磷酸基团贮备物；6-磷酸葡萄糖，3-磷酸甘油酸为低能磷酸基团受体。磷酸基团由高能磷酸供体通过 ATP-ADP 系统转至低能磷酸受体，转移的方向是由高能化合物转移到低能化合物。磷酸基团转移势能的测定条件为标准状况