ATP水解

腺嘌呤與核糖結合成腺苷，腺苷通過核糖中的第5位羥基,與3個相連的磷酸基團結合形成ATP。ATP中兩個磷酸基團之間(也就是P與P之間)用“～”表示的化學鍵是高能磷酸鍵。高能磷酸鍵水解時，釋放出的能量是正常的化學鍵的2倍以上。例如,ATP末端磷酸基團水解時，釋放出的能量是30.54 kJ/mol,而6磷酸葡萄糖水解時，釋放出的能量只有13.8 kJ/mol。一般說來，水解時釋放20.92 kJ/mol以上能量的化合物就叫高能化合物。顯然,ATP是一種高能化合物。各種細胞都是用ATP作為直接能源的。實際上,ATP是細胞內能量釋放、儲存、轉移和利用的中心物質。

在生物體內能量的轉換和傳遞中,ATP是一種關鍵的物質。生物體的一切生命活動都離不開ATP。ATP是生物體內直接供給可利用能量的物質，是細胞內能量轉換的“中轉站”。各種形式的能量轉換都是以ATP為中心環節的。生物體內由於有各種酶作為生物催化劑,同時又有細胞中生物膜系統的存在，因此,ATP中的能量可以直接轉換成其他各種形式的能量，用於各項生命活動。這些能量形式主要有以下幾種:

生物體內的細胞以及細胞內各種結構的運動都在做機械功，所消耗的就是機械能。例如,纖毛和鞭毛的擺動、肌細胞的收縮、細胞分裂期間染色體的運動等，都是由ATP提供能量來完成的。

生物體內神經系統傳導衝動和某些生物能夠產生電流，所做的電功消耗的就是電能。電能也是由ATP所提供的能量轉換而成的。

細胞的主動運輸是逆濃度梯度進行的，物質過膜移動所做的功消耗了能量，這些能量叫做滲透能，滲透能也來自ATP。

生物體內物質的合成需要化學能，小分子物質合成大分子物質時，必須有直接或間接的能量供應。另外，物質在分解的開始階段，也需要化學能來活化成能量較高的物質(如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖)。在生物體的物質代謝中，可以說到處都需要由ATP轉換的化學能來做化學功。

目前關於生物發光的生理機制還沒有完全弄清楚，但是已經知道，用於發光的能量仍然直接來源於ATP。

生物體內的熱能，來源於有機物的氧化分解。大部分的熱能通過各種途徑向外界環境散發，只有一小部分熱能用於維持細胞或恆溫動物的體溫。通常情況下，熱能的形成往往是細胞能量轉換和傳遞過程中的副產品。

ATP與ADP的相互轉化：

1、ATP與ADP的相互轉化伴隨著能量的釋放和儲存，因此與生物體的新陳代謝密切相關，可用下式表示二者的轉化過程。

ATP與ADP相互轉化是十分迅速的，細胞中的ATP的含量儘管不多，但總處於一個動態平衡中，這對構成生物體內部穩定的供能環境有重要意義。ATP水解時釋放出的能量，是生物體維持細胞分裂、礦質元素的吸收和肌肉收縮等生命活動所需要的直接來源。

2、ATP與ADP兩者轉化過程不是可逆反應

(1)從反應條件上看：ATP的分解是一種水解反應，催化該反應的酶應是水解酶；而ATP的合成是一種合成反應，催化該反應的酶應屬合成酶。酶具有專一性，因此反應條件不同。

(2)從能量上看：ATP水解釋放的能量是儲存在高能磷酸鍵內的化學能；而合成ATP的能量主要有化學能和太陽能。因此能量的來源不同。

(3)從ATP合成與分解的場所上看：ATP合成的場所是細胞質基質、線粒體和葉綠體；ATP水解的場所較多。因此其合成與分解的場所不盡相同。

從以上比較可以看出兩者的轉化過程在物質變化上是可逆的，但從能量變化等方面看是不可逆的，也就是說兩者轉化過程不是一個可逆反應過程。

生物體內各種活動所需要的能量，形式上都由ATP水解而供應的。各種化學過程所釋放的熱能，則用於維持體溫。

ATP水解釋放的能量：

ATP+H2O=ADP+Pi+能。

1、根據計算，在pH7等標準狀況下，每水解1摩爾ATP可釋出7.3千卡或30.4千焦耳的能量。

2、在體內的條件下，即近於pH7.4、37℃、ATP、ADP、Pi及Mg等處於細胞內生理濃度的情況下，每摩爾ATP水解時，可釋出能量8-12千卡或33.5-50千焦耳，乃至更高。

根據此數值可以約略推算各物質代謝時，通過生物氧化產生ATP的能量利用效率。在完整的細胞內，葡萄糖經生物氧化生成ATP的能量利用率可高達70%以上。