高能磷酸化合物

高能磷酸化合物是指水解時釋放的能量在20.92kJ/mol以上的磷酸化合物。機體內有許多磷酸化合物如ATP，1,3—二磷酸甘油酸，氨甲酰磷酸，磷酸烯醇式丙酮酸，磷酸肌酸，磷酸精氨酸等，它們的高能磷酸鍵斷裂時，可釋放出大量的自由能，這類化合物稱為高能磷酸化合物。ATP是這類化合物的典型代表。ATP水解生成ADP及無機磷酸時，可釋放自由能7.3千卡（30.52千焦）。一般將水解時釋放自由能在5.0千卡（20.9千焦）以上的稱為高能化合物。5.0千卡以下的稱為低能化合物，化學家認為鍵能是指斷裂一個鍵所需要的能量，而生物化學家所指的是含有高能鍵（酸酐鍵）的化合物水解後釋放出的自由能。高能鍵用“～”表示。

從化學結構上含高能磷酸鍵的化合物分為：1、磷酸酐，如焦磷酸，核苷酸；2、羧酸和磷酸合成的混合酸酐，如乙酰磷酸，1，3-二磷酸甘油酸，氨基酰-AMP；3、烯醇磷酸，如磷酸烯醇式丙酮酸；4、磷氨酸衍生物（R-NH-PO3H2），如磷酸肌酸。

——最常見的高能磷酸鍵化合物

生命體內最常見、最重要的高能磷酸化合物——ATP【三磷酸腺苷】(Adenosine triphosphate)

在生物化學中，三磷酸腺苷是一種核苷酸，作為細胞內能量傳遞的“分子通貨”，儲存和傳遞化學能。ATP在核酸合成中也具有重要作用。

ATP是三磷酸腺苷的英文名稱縮寫。ATP分子的結構是可以簡寫成A-P~P~P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基團，～代表一種特殊的化學鍵，叫做高能磷酸鍵，高能磷酸鍵斷裂時，大量的能量會釋放出來。ATP可以水解，這實際上是指ATP分子中高能磷酸鍵的水解。高能磷酸鍵水解時釋放的能量多達30.54kJ/mol，所以説ATP是細胞內一種高能磷酸化合物。

ATP由腺苷和三個磷酸基所組成，分子式C10H16N5O13P3，化學簡式C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H，分子量507.184。三個磷酸基團從腺苷開始被編為α、β和γ磷酸基。ATP的化學名稱為5'-三磷酸-9-β-D-呋喃核糖基腺嘌呤，或者5'-三磷酸-9-β-D-呋喃核糖基-6-氨基嘌呤。

ATP的立體結構ATP可通過多種細胞途徑產生，最典型的如在線粒體中通過氧化磷酸化由ATP合成酶合成，或者在植物的葉綠體中通過光合作用合成。ATP合成的主要能源為葡萄糖和脂肪酸。每分子葡萄糖先在胞液中產生2分子丙酮酸同時產生2分子ATP，最終在線粒體中通過三羧酸循環產生最多36分子ATP。

人體中ATP的總量只有大約0.1摩爾。人體細胞每天的能量需要水解200-300摩爾的ATP，這意味着每個ATP分子每天要被重複利用2000-3000次。ATP不能被儲存，因為ATP的合成後必須在短時間內被消耗.

無氧代謝劇烈運動時，體內處於暫時缺氧狀態，

在缺氧狀態下體內能源物質的代謝過程，稱為無氧代謝。它包括以下兩個供能系統。

①非乳酸能（ATP—CP）系統—一般可維持10秒肌肉活動

無氧代謝

②乳酸能系統—一般可維持1~3分的肌肉活動

非乳酸能（ATP—CP）系統和乳酸能系統是從事短時間、

劇烈運動肌肉供能的主要方式。ATP釋放能量供肌肉收縮的時間僅為1~3秒，

要靠CP分解提供能量，但肌肉中CP的含量也只能夠供ATP合成後

分解的能量維持6~8秒肌肉收縮的時間。因此，

進行10秒以內的快速活動主要靠ATP—CP系統供給肌肉收縮時的能量。

乳酸能系統是持續進行劇烈運動時，肌肉內的肌糖元在缺氧狀態下進行酵解，

經過一系列化學反應，最終在體內產生乳酸，同時釋放能量供肌肉收縮。

這一代謝過程，可供1~3分左右肌肉收縮的時間。

禽用機理

【作用與用途】1．用於肉雞、肉鴨、豬、肉牛、肉羊、魚、蝦等肉質動物的增肥、促生長；2．用於因疾病導致的動物飲水、採食量下降，快速補充機體能量水平；3．使用本品能促使動物發病後快速恢復健康；4．適用於動物因疾病、藥物、毒素等各種致病因素引起的肝臟損傷、腎臟損傷、腸粘膜損傷、輸卵管損傷後的修復。

磷酸肌酸主要存在於動物和人體細胞中，特別是骨骼肌細胞中，當由於能量大量消耗而使細胞中ATP含量過分減少時，磷酸肌酸就釋放出所儲存的能量，供ADP合成為ATP，這是動物體內ATP形成的一個途徑。當肌細胞中的ATP濃度過高時，肌細胞中的ATP可將其中的高能磷酸鍵轉移給肌酸，生成磷酸肌酸，其變化可表示為：

磷酸肌酸是能量的一種儲存形式，但是不能直接被利用。對於動物和人來説，它在能量的釋放、轉移和利用之間起着緩衝作用，使細胞內ATP的含量保持相對的穩定。

醫療用途：心臟問題。

體育用途：磷酸肌酸是一種可以提高肌肉力量的高能化合物，與蛋白合成激素結合使用可達到最佳效果。

ADP——二磷酸腺苷（adenosine diphosphate）由一分子腺苷與兩個相連的磷酸根組成的化合物，是一種核苷酸。在生物體內，通常為三磷酸腺苷（ATP）水解失去一個磷酸根，並釋放能量後的產物。

當一個ATP分子的磷酸根水解斷裂時，會產生二磷酸腺苷，並釋放出7.3千卡的能量。

反之，二磷酸腺苷與磷酸根反應（吸收能量）會生成三磷酸腺苷。在光合作用中吸能過程就有此反應。

活細胞中也有其他的高能三磷酸鹽如鳥苷三磷酸。能量可以在這些三磷酸鹽和ATP中由磷酸激酶催化反應之類的反應轉移：當磷酸鍵被水解的時候能量就會被釋放。這種能量可以被多種酶、肌動蛋白和運輸蛋白用於細胞的活動。水解還會生成自由的磷酸鹽和二磷酸腺苷。二磷酸腺苷又可以被進一步水解為另一個磷酸離子和一磷酸腺苷。ATP也可以被直接水解為一磷酸腺苷和焦磷酸鹽，這個反應在水溶液中是高效的不可逆反應。

ADP + GTP→ATP + GDP

二磷酸腺苷 + 三磷酸鳥苷→三磷酸腺苷 + 二磷酸鳥苷

C10H15N5O10P2+C10H16N5O14P3→C10H16N5O13P3+C10H15N5O11P2

ATP可能會被作為納米技術和灌溉的能源。人工心臟起搏器可能收益於這種技術而不再需要電池提供動力。

三磷酸腺苷是體內廣泛存在的輔酶，是體內組織細胞所需能量的主要來源，蛋白質、脂肪、糖和核苷酸的合成都需ATP參與。ATP經腺苷酸環化酶催化形成環磷酸腺苷(cAMP)，是細胞內的生物活性物質，對細胞許多代謝過程有重要的調節作用。

ATP為蛋白質、糖原、卵磷脂、尿素等的合成提供能量，促使肝細胞修復和再生，增強肝細胞代謝活性，對治療肝病有較大針對性。但外源性ATP不易進入細胞，且與體內需要的量比較，可能提供的量微不足道。

三磷酸腺苷(Adenosine Triphosphate，ATP)

【異名】腺三磷。

【主要成分】三磷酸腺苷。

【藥理作用】本品為一種輔酶。有改善肌體代謝的作用，參與體內脂肪、蛋白質、糖、核酸及核苷酸的代謝，同時又是體內能量的主要來源。適用於細胞損傷後細胞酶減退引起的疾病。動物試驗發現本品對心肌細胞的電生理有明顯作用，可抑制慢反應細胞的鈣離子內流，阻斷和延長房室結折返環路的前向傳導，大劑量尚可阻斷房室旁路的折返性，具有增強迷走神經的作用，可用室上性心動過速。

【適應證】室上性心動過速、心力衰竭、心肌炎、心肌梗塞、腦動脈硬化、冠狀動脈硬化、急性脊髓灰質炎。

心肌正常情況下以有氧代謝形式生成三磷酸腺苷（ATP）供作功需要。心肌缺血時則轉為無氧代謝為主，ATP合成減少，以致心舒縮功能障礙。在犬的實驗中證明，心肌嚴重缺血15分鐘（結紮冠狀動脈左旋支），心肌發生可逆性損傷。此時如果得到血液再灌注，則細胞並不死亡。但有很多報告指出，短時間缺血後，收縮功能長時間不能恢復。究其原因，多認為與ATP水平的低下有關。研究證明缺血15分鐘時不僅ATP減少60%。總腺苷酸池也減少50%。ADP也輕度減少（可能轉為ATP或AMP），AMP明顯升高，但其升高程度小於ATP減少輻度。再灌注20分鐘ATP明顯回升，但只接近正常的一半，再灌注24小時仍然維持在低水平上，只有在再灌注4天后ATP及總腺苷池才近於恢復，但仍低於非缺血區（→圖）。

以大鼠離體作功心臟為模型（Neely氏模型），先在20℃低温下給心臟停跳液，再短時間全心缺血（夾住主動脈）後，再灌注生理溶液。結果是給停跳液30分鐘再缺血30分鐘後，ATP幾乎完全喪失，ADP明顯減少，AMP明顯增加，總腺苷酸量顯著降低。再灌注60分鐘可使ATP明顯回升，但不及正常對照的一半，而總腺苷酸量則明顯低於給停跳液後，比正常對照減少50%。上述研究提示缺血及再灌注損傷的心肌有氧代謝性發生嚴重損傷，影響能量代謝及心肌功能的恢復。

再灌注時高能磷酸化合物之所以恢復慢且總腺苷酸水平明顯下降，可能與下列因素有關。

（一）缺血心肌的代謝障礙主要表現為對氧的利用能力受限，有氧代謝嚴重受損。在缺血進入不可逆階段再灌注時，氧的利用並不增加，心肌只能利用運至心肌的氧的17%。氧的利用能力受限與缺血及再灌注所致線粒體受損有關。

（二）ATP合成的前身物質（腺苷、肌苷、次黃嘌呤等）在再灌時被沖洗出去，使心肌失去再合成高能磷酸化合物的物質基礎。實驗證明在再灌注液中補充肌苷或穀氨酸能促進ATP的合成及心功能的恢復。

3.線粒體膜發生氧自由基誘發的脂質過氧化反應使線體受損。線粒體膜富有磷脂，線粒體在缺氧時又是產生自由基的場所，因此極易引起膜脂過氧化使線粒體功能障礙。 ^[1]