Vysokoenergetický fosfát

Vysokoenergetický fosfát (alebo fosforečnan) môže byť jedna z dvoch vecí:

• Fosfát-fosfátová väzba (difosfátová väzba,^[1] fosfoanhydridová väzba, makroergická väzba, fosfagenová väzba)^[2][3][4] prítomná v mnohých zlúčeninách, ako sú napríklad adenozíndifosfát (ADP) alebo adenozíntrifosfát (ATP)
• Zlúčeniny, ktoré obsahujú tieto väzby, ako napríklad difosfáty či trifosfáty nukleozidov alebo fosfagény (molekuly slúžiace ako zdroj energie v svaloch). Ak sa hovorí o poole vysokoenergetických fosfátov, ide o celkovú koncentráciu zlúčenín s vysokoenergetickými fosfátovými väzbami.

Adenozíntrifosfát obsahuje dve vysokoenergetické fosfátové väzby.

Vysokoenergetické väzby sa často zaznačujú vlnovkou, „~“. Pomocou tejto vlnovky je ATP možné zapísať ako A-P~P~P. Tento zápis navrhol Fritz Albert Lipmann, ktorý ako prvý povedal, že ATP je hlavný spôsob presunu energie v bunke, a to v roku 1941.^[5] Tento zápis zdôrazňuje bioenergetický potenciál týchto väzieb vzhľadom na veľké množstvo uvoľnenej energie pri ich hydrolýze.

Rezonančná stabilita uvoľneného fosfátu je jeden z dôvodov, prečo sú fosfoanhydridové väzby vysokoenergetické.

Pojem „vysokoenergetický“ môže spôsobiť zmätok, pretože záporná voľná energia nepramení priamo z rozkladu týchto väzieb. Rozklad týchto väzieb, tak ako väčšiny väzieb, je v skutočnosti endergonický a energiu spotrebúva. Záporná voľná energia pozostáva z toho, že väzby vznikajúce po hydrolýze (alebo fosforylácii pomocou ATP) majú nižšiu energiu než väzby prítomné pred hydrolýzou. Toto zahŕňa všetky väzby prítomné v reakcii, nielen tieto fosfátové väzby. Uvoľnenie energie je výsledkom mnohých faktorov, ktoré zahŕňajú rezonančnú stabilitu a solvatáciu produktov relatívne voči reaktantom.

Reakcie vysokoenergetických fosfátov

Vysokoenergetické fosfáty majú zvyčajne pyrofosfátové (difosfátové) väzby, teda anhydridové väzby vznikajúce dehydratáciou derivátov kyseliny fosforečnej. Hydrolýza tejto väzby je za fyziologických podmienok exergonická, takže sa uvoľňuje energia.

Reakcie vysokoenergetických fosfátov

Reakcia	ΔG (kJ/mol)[6]
ATP + H2O → ADP + Pi	– 31
ADP + H2O → AMP + Pi	– 31
ATP + H2O → AMP + PPi	– 38
PPi + H2O → 2 Pi	– 24

Okrem poslednej uvedenej reakcie, PP_i → 2 P_i, tieto reakcie väčšinou neprebiehajú v bunkách samovoľne, ale sú spriahnuté s inými procesmi, ktoré vyžadujú energiu. Reakcie vysokoenergetických fosfátov teda môžu:

• dodať energiu bunkovým procesom, čím umožnia ich priebeh
• spriahnuť procesy s konkrétnym nukleozidom, čím umožnia reguláciu daného procesu
• posunúť rovnováhu reakcie tým, že reakcia prebehne v jednom smere výrazne rýchlejšie, čím sa zabráni ustaveniu rovnováhy

Reakcia ATP + H₂O → AMP + PP_i je schopná dodať vyššiu energiu než pri štiepení jedného fosfátu. AMP sa potom fosforyluje na ATP v dvoch krokoch, najprv pomocou reakcie ATP + AMP ↔ 2 ADP (katalyzovaná adenylátkinázou) a potom bežnými spôsobmi regenerácie ATP, teda napríklad oxidatívnou fosforyláciou alebo dráhami ako je glykolýza alebo citrátový cyklus, kde prebieha substrátová fosforylácia, resp. fotofosforyláciou v chloroplastoch.