为什么高能磷酸键与化学键相反，在断裂时释放能量

很多人在学习高能磷酸键概念的时候会有一个疑问，这个高能磷酸键是不是化学键？为什么它与化学键的设定相反，断裂的时候反而放出能量？

其实，生化中的高能磷酸键并不是化学键，它是根据反应总的能量变化特别定义的一个概念。在ATP水解反应中，旧的化学键消耗能量发生断裂，新的化学键生成并释放能量，最后总的能量变化就是所谓的高能磷酸键。因为高能化合物水解是释放能量的，所以高能磷酸键就成为一种断裂放能的结构。这是等效出来的一个概念，并不是一个具体的连接两个原子的化学键。

  ATP的化学结构

之所以有这种“奇怪”的设定，是有历史原因的。“高能磷酸键 的概念是生于德国的犹太裔美国籍生物化学家弗里茨·阿尔贝特·李普曼（Fritz Albert Lipmann）在1941年提出的，他根据自己多年来对代谢过程中ATP功能的研究，发表了《磷酸键能在代谢中的产生和利用》一文，阐述了磷酸键在能量转换和生物合成中的功能，并建议用“~”代表这种携带能量的高能磷酸键。当时化学键理论还在发展完善中，直到1949年才由Bjorksten和Lyaeger共同提出。

  李普曼。J Biol Chem. 2002

1945年，李普曼发现了辅酶A。这一发现填补了克雷布斯发现的三羧酸循环过程中一个重要的缺失部分，所以二人分享了1953年诺贝尔生理学或医学奖。

李普曼与克雷布斯分享1953年诺奖。引自诺贝尔基金会档案

参考文献：

1. Mark Nicholls. Fritz Albert Lipmann. Eur Heart J. 2020 Jul 21;41(28):2608-2609.

2. John M Buchanan. Biochemistry during the life and times of Hans Krebs and Fritz Lipmann. J Biol Chem. 2002 Sep 13;277(37):33531-6.