高能磷酸化合物（水解自由在20.92KJ/mol以上的磷酸化合物）
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高能磷酸化合物
水解自由在20.92KJ/mol以上的磷酸化合物
高能磷酸化合物（energy rich phosphate compounds）是指水解自由能在20.92KJ/mol以上的磷酸化合物。
基本信息
| 中文名 | 高能磷酸化合物 |
| 外文名 | energy rich phosphate compound |
| 拼音 | gao neng lin suan hua he wu |
| 專業(yè)方向 | 化學(xué)類(lèi) |
| 產(chǎn)生 | 代謝過(guò)程中出現(xiàn) |
| 代表物 | ATP，氨甲酰磷酸 |
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定義
高能磷酸化合物是指水解時(shí)釋放的能量在20.92kJ/mol以上的磷酸化合物。機(jī)體內(nèi)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(shí)，可釋放出大量的自由能，這類(lèi)化合物稱為高能磷酸化合物。ATP是這類(lèi)化合物的典型代表。ATP水解生成ADP及無(wú)機(jī)磷酸時(shí)，可釋放自由能7.3千卡（30.52千焦）。一般將水解時(shí)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(xué)家認(rèn)為鍵能是指斷裂一個(gè)鍵所需要的能量，而生物化學(xué)家所指的是含有高能鍵（酸酐鍵）的化合物水解后釋放出的自由能。高能鍵用“～”表示。
化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)
ATP
——最常見(jiàn)的高能磷酸鍵化合物
三磷酸腺苷
生命體內(nèi)最常見(jiàn)、最重要的高能磷酸化合物——ATP【三磷酸腺苷】(Adenosine triphosphate)
高能磷酸化合物
ATP是三磷酸腺苷的英文名稱縮寫(xiě)。ATP分子的結(jié)構(gòu)是可以簡(jiǎn)寫(xiě)成A-P~P~P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基團(tuán)，～代表一種特殊的化學(xué)鍵，叫做高能磷酸鍵，高能磷酸鍵斷裂時(shí)，大量的能量會(huì)釋放出來(lái)。ATP可以水解，這實(shí)際上是指ATP分子中高能磷酸鍵的水解。高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量多達(dá)30.54kJ/mol，所以說(shuō)ATP是細(xì)胞內(nèi)一種高能磷酸化合物。
對(duì)人體供能
無(wú)氧代謝劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，體內(nèi)處于暫時(shí)缺氧狀態(tài)，
在缺氧狀態(tài)下體內(nèi)能源物質(zhì)的代謝過(guò)程，稱為無(wú)氧代謝。它包括以下兩個(gè)供能系統(tǒng)。
①非乳酸能（ATP—CP）系統(tǒng)—一般可維持10秒肌肉活動(dòng)
無(wú)氧代謝
非乳酸能（ATP—CP）系統(tǒng)和乳酸能系統(tǒng)是從事短時(shí)間、
劇烈運(yùn)動(dòng)肌肉供能的主要方式。ATP釋放能量供肌肉收縮的時(shí)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合成后
分解的能量維持6~8秒肌肉收縮的時(shí)間。因此，
進(jìn)行10秒以內(nèi)的快速活動(dòng)主要靠ATP—CP系統(tǒng)供給肌肉收縮時(shí)的能量。
經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)，最終在體內(nèi)產(chǎn)生乳酸，同時(shí)釋放能量供肌肉收縮。
這一代謝過(guò)程，可供1~3分左右肌肉收縮的時(shí)間。
禽用機(jī)理
【作用與用途】1．用于肉雞、肉鴨、豬、肉牛、肉羊、魚(yú)、蝦等肉質(zhì)動(dòng)物的增肥、促生長(zhǎng)；2．用于因疾病導(dǎo)致的動(dòng)物飲水、采食量下降，快速補(bǔ)充機(jī)體能量水平；3．使用本品能促使動(dòng)物發(fā)病后快速恢復(fù)健康；4．適用于動(dòng)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、輸卵管損傷后的修復(fù)。
高能磷酸
磷酸肌酸
高能磷酸化合物
磷酸肌酸是能量的一種儲(chǔ)存形式，但是不能直接被利用。對(duì)于動(dòng)物和人來(lái)說(shuō)，它在能量的釋放、轉(zhuǎn)移和利用之間起著緩沖作用，使細(xì)胞內(nèi)ATP的含量保持相對(duì)的穩(wěn)定。
醫(yī)療用途：心臟問(wèn)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(jié)合使用可達(dá)到最佳效果。
AMP
高能磷酸化合物
其它三磷酸苷
活細(xì)胞中也有其他的高能三磷酸鹽如鳥(niǎo)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(yīng)之類(lèi)的反應(yīng)轉(zhuǎn)移：當(dāng)磷酸鍵被水解的時(shí)候能量就會(huì)被釋放。這種能量可以被多種酶、肌動(dòng)蛋白和運(yùn)輸?shù)鞍?/a>用于細(xì)胞的活動(dòng)。水解還會(huì)生成自由的磷酸鹽和二磷酸腺苷。二磷酸腺苷又可以被進(jìn)一步水解為另一個(gè)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(gè)反應(yīng)在水溶液中是高效的不可逆反應(yīng)。
反應(yīng)
C10H15N5O10P2+C10H16N5O14P3→C10H16N5O13P3+C10H15N5O11P2
三磷酸腺苷是體內(nèi)廣泛存在的輔酶，是體內(nèi)組織細(xì)胞所需能量的主要來(lái)源，蛋白質(zhì)、脂肪、糖和核苷酸的合成都需ATP參與。ATP經(jīng)腺苷酸環(huán)化酶催化形成環(huán)磷酸腺苷(cAMP)，是細(xì)胞內(nèi)的生物活性物質(zhì)，對(duì)細(xì)胞許多代謝過(guò)程有重要的調(diào)節(jié)作用。
ATP為蛋白質(zhì)、糖原、卵磷脂、尿素等的合成提供能量，促使肝細(xì)胞修復(fù)和再生，增強(qiáng)肝細(xì)胞代謝活性，對(duì)治療肝病有較大針對(duì)性。但外源性ATP不易進(jìn)入細(xì)胞，且與體內(nèi)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(nèi)脂肪、蛋白質(zhì)、糖、核酸及核苷酸的代謝，同時(shí)又是體內(nèi)能量的主要來(lái)源。適用于細(xì)胞損傷后細(xì)胞酶減退引起的疾病。動(dòng)物試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)本品對(duì)心肌細(xì)胞的電生理有明顯作用，可抑制慢反應(yīng)細(xì)胞的鈣離子內(nèi)流，阻斷和延長(zhǎng)房室結(jié)折返環(huán)路的前向傳導(dǎo)，大劑量尚可阻斷房室旁路的折返性，具有增強(qiáng)迷走神經(jīng)的作用，可用室上性心動(dòng)過(guò)速。
化合物缺乏
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(shí)則轉(zhuǎn)為無(wú)氧代謝為主，ATP合成減少，以致心臟舒縮功能障礙。在犬的實(shí)驗(yàn)中證明，心肌嚴(yán)重缺血15分鐘（結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左旋支），心臟發(fā)生了可逆性性損傷。此時(shí)如果得到血液再灌注，則細(xì)胞并不死亡。但有很多報(bào)告指出，短時(shí)間缺血后，收縮功能長(zhǎng)時(shí)間不能恢復(fù)。究其原因，多認(rèn)為與ATP水平的低下有關(guān)。研究證明缺血15分鐘時(shí)不僅ATP減少60%?？傁佘諗?shù)量數(shù)量減少了50%。ADP也輕度減少（可能轉(zhuǎn)為ATP或AMP），AMP明顯升高，但其升高程度小于ATP減少幅度。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(shí)仍然維持在低水平上，只有在再灌注4天后ATP及總腺苷池才近于恢復(fù)，但仍低于非缺血區(qū)（→圖）。
以大鼠離體作功心臟為模型（Neely氏模型），先在20℃低溫下給心臟停跳液，再短時(shí)間全心缺血（夾住主動(dòng)脈）后，再灌注生理溶液。結(jié)果是給停跳液30分鐘再缺血30分鐘后，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(duì)照的一半，而總腺苷酸量則明顯低于給停跳液后，比正常對(duì)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(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷，影響能量代謝及心肌功能的恢復(fù)。
再灌注時(shí)高能磷酸化合物之所以恢復(fù)慢且總腺苷酸水平明顯下降，可能與下列因素有關(guān)。
（一）缺血心肌的代謝障礙主要表現(xiàn)為對(duì)氧的利用能力受限，有氧代謝嚴(yán)重受損。在缺血進(jìn)入不可逆階段再灌注時(shí)，氧的利用并不增加，心肌只能利用運(yùn)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(guān)。
（二）ATP合成的前身物質(zhì)（腺苷、肌苷、次黃嘌呤等）在再灌時(shí)被沖洗出去，使心肌失去再合成高能磷酸化合物的物質(zhì)基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)證明在再灌注液中補(bǔ)充肌苷或谷氨酸能促進(jìn)ATP的合成及心功能的恢復(fù)。
3.線粒體膜發(fā)生氧自由基誘發(fā)的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)使線體受損。線粒體膜富有磷脂，線粒體在缺氧時(shí)又是產(chǎn)生自由基的場(chǎng)所，因此極易引起膜脂過(guò)氧化使線粒體功能障礙。
心肌缺血/再灌注時(shí)ATP、Ca2+、K+的變化
參考資料
[1]
高能磷酸鍵化合物 · 互動(dòng)百科[引用日期2013-10-09]
[2]
病理生理學(xué)/高能磷酸化合物的缺乏 · A+醫(yī)學(xué)百科[引用日期2013-10-09]
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