高能磷酸鍵

在生物代謝過程中出現的由磷酸脱水形成的磷酸鍵，其磷酸基團水解時，釋放的自由能有極大的差異。有些自由能的變化為-2000到-3000cal，如3-磷酸甘油、腺核苷酸等；另有一些如焦磷酸、乙酰磷酸、肌酸磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸等磷酸化合物，每摩爾分子水解時，自由能的變化為-7000到-12000cal。根據這些實驗結果，生物化學上將後一類磷酸鍵稱為高能磷酸鍵，而具有高能磷酸鍵的化合物稱作高能磷酸化合物；相對地，前者被稱為低能磷酸鍵（以5000cal為界限），不具備高能磷酸鍵的分子被稱為低能磷酸化合物。

根據鍵型，可以簡單地將高能磷酸鍵分類 ^[1]  。

氧磷鍵型（-O-P-）是由羥基（-OH）和磷酸脱水縮合得到的化學鍵。主要包括：

1.酰基磷酸鍵：

通常由羧基和磷酸脱水縮合得到。常見如乙酰磷酸、1,3-二磷酸甘油酸、氨甲酰磷酸等中的高能磷酸鍵。

2.焦磷酸鍵：

由磷酸與另一個磷酸分子上的羥基脱水縮合而成。常見如焦磷酸、ADP、ATP等中的高能磷酸鍵。

3.烯醇磷酸鍵：

為磷酸與烯醇式化合物脱水縮合得到的化學鍵。常見如磷酸烯醇式丙酮酸等中的高能磷酸鍵。

氮磷鍵型（-N-P-）是由氨基（-NH₂）與磷酸脱水縮合得到的化學鍵。常見的有磷酸肌酸、磷酸精氨酸等中的高能磷酸鍵。

體內的高能磷酸化合物常常與能量的儲存/釋放相關。如ATP，作為細胞能量的“通貨”，通過水解或基團轉移而釋放能量。

高能磷酸鍵常常被誤認為有較高的鍵能。實際上，對多原子分子，鍵能的定義為鍵能為“1mol氣態分子完全離解成氣態原子所吸收的能量分配給結構式中各個共價鍵的能量”。即，可以簡單地將鍵能理解為鍵斷裂時需要吸收的能量。化學反應實質為舊鍵斷裂和新鍵生成，一般是斷鍵吸能而成鍵放能，因此只要所有新鍵生成釋放的總能量大於所有舊鍵斷裂吸收的能量，總體反應便是放出能量的。對於高能磷酸鍵水解反應放能，很顯然是高能磷酸鍵的斷裂吸收能量遠遠小於新的“常規”或者説“低能”化學鍵的生成所釋放的能量，而這多餘的能量便可以釋放出來。

實際上，由於上述原理，由高能磷酸鍵所連接的磷酸基團，常常有自發向其他基團轉移（從而生成“常規”化學鍵）的化學勢。 ^[1]  因此高能磷酸鍵概念中的“高能”，指的是自發反應生成其他化合物的勢能，而絕非“鍵能”。這也是生物磷酸化反應易於發生的化學本質。