Vysokoenergetický fosfát

Pojem vysokoenergetický fosfát označuje sloučeniny obsahující vazby mezi fosfátovými skupinami, jako jsou difosfáty a trifosfáty nukleosidů a další makroergní sloučeniny.^[1][2][3]

Vysokoenergetické fosfátové vazby bývají tvořeny anhydridy vzniklými spojováním kyseliny fosforečné nebo jejích derivátů za odštěpení vody. Hydrolýza těchto vazeb je za fyziologických podmínek exergonní, tedy uvolňuje energii.

Reakce vysokoenergetických fosfátů

Reakce
ATP + H2O → ADP + Pi
ADP + H2O → AMP + Pi
ATP + H2O → AMP + PPi
PPi + H2O → 2 Pi

S výjimkou PP_i → 2 P_i jsou tyto reakce v buňkách spojeny s dalšími procesy sloužícími k získávání energie. Reakce vysokoenergetických fosfátů mohou sloužit jako:

• zdroj energie pro buněčné procesy
• způsoby propojení procesů s určitými nukleosidy, čímž umožňují jejich řízení
• prostředky k vychýlení reakcí z rovnovážného stavu provedením reakcí příliš rychle, než aby se mohla obnovit původní rovnováha.

Reakce, která tvoří výjimku, umožňuje jednoduchou hydrolýzu ATP + H₂O → AMP + PP_i, čímž se získává energie ze dvou hydrolýz vysokoenergetických vazeb, kde hydrolýza PP_i probíhá odděleně. AMP se zpět na ATP mění ve dvou krocích, kde nejprve proběhne reakce ATP + AMP ↔ 2 ADP, po níž se ADP převede na ATP oxidační fosforylací nebo jiným obdobným procesem, například glykolýzou.

Vysokoenergetické fosfátové vazby se často označují symbolem '~', kdy má poté například ATP vzorec A-P~P~P. Tento zápis vytvořil Fritz Albert Lipmann, který v roce 1941 jako první označil ATP za hlavní molekulu přenášející energii v buňkách.^[4] Lipmannův zápis zdůrazňuje zvláštní povahu těchto vazeb.^[5] Lipmannovo označení „vysokoenergetická vazba“ a symbol ~P pro sloučeniny obsahující vysokoenergetické fosfátové skupiny se stále používají; toto značení výrazně podpořilo zájem o výzkum bioenergetiky.^[5]

Označení těchto vazeb za vysokoenergetické z hlediska záporné změny energie není v důsledku samotného štěpení vazeb, které je jako většina štěpení vazeb endergonní (spotřebovává energii). Záporná změna energie vyplývá z toho, že vazby vytvořené po hydrolýze, nebo fosforylaci pomocí ATP, mají nižší energii než předchozí vazby. Tento stav je způsoben rezonanční stabilizací, solvatací produktů, a destabilizací reaktantů v důsledku elektrostatického odpuzování atomů fosforu.^[6]