고에너지 인산 결합

2. 대사 반응

피로인산염 결합, 인산 유도체를 취하여 탈수되어 형성되는 산 무수물 결합은 일반적으로 고에너지 인산 결합이라고 불린다. 이러한 결합의 가수분해 반응은 생리 조건에서 에너지를 방출하는 발열 반응이다.

일반적인 인산 화합물에서 인산 무수물 결합이 가수분해로 절단될 때 표준 자유 에너지 감소는 약 3 kcal/mol이다. 반면, ATP의 가수분해에서는 약 7 kcal/mol의 감소가 실험적으로 확인되었다. 이러한 큰 자유 에너지 변화를 보이는 인산 결합을 가진 화합물을 고에너지 인산 화합물이라고 한다. 그러나 P-O 결합 에너지가 일반 화합물에 비해 특별히 큰 것은 아니라는 점에 주의해야 한다.

:

PP_i → 2 P_i를 제외한 반응들은 사람 세포에서 조절되며, 에너지 소모를 요구하는 다른 반응들과 짝을 이루어 진행된다. 고에너지 인산 반응은 다음과 같은 역할을 수행한다.

# 세포 과정에 에너지를 공급하여 진행을 돕는다.

# 특정 뉴클레오사이드에 과정을 짝지어 제어한다.

# 반응을 한 방향으로 빠르게 촉진하여 평형을 이동시킨다.

ATP + H₂O → AMP + PP_i 반응은 예외적인 경우로, 두 개의 고에너지 인산 결합 가수분해 에너지를 제공하고 PP_i 가수분해가 별도 반응에서 완료되도록 한다. AMP는 ATP + AMP ⇄ 2ADP 평형 반응과, 해당과정, 시트르산 회로, 산화적 인산화 등의 에너지 생산 경로를 통해 ATP로 재생된다.

"고에너지"라는 용어는 결합 절단 자체가 음의 자유 에너지 변화의 직접적 원인이 아니기 때문에 오해를 부를 수 있다. 결합 절단은 흡열 반응으로 에너지를 소비한다. 음의 자유 에너지 변화는 가수분해 후 생성되는 결합(또는 ATP에 의한 잔기의 인산화)이 가수분해 전보다 에너지적으로 낮기 때문에 발생한다. 이는 반응물과 생성물의 공명 안정화, 용해 등 여러 요인에 의한 것이다.

생체 내 물질대사 반응은 화학 퍼텐셜 변화와 다른 방향으로 진행되는 경우가 많다. 대부분 고에너지 인산 결합 절단 반응과 짝을 이루어 실현된다. 즉, 근육 수축, 농도 기울기를 역행하는 물질 이동 등은 고에너지 인산 결합의 관여로 가능하다.

인산 무수물 결합이 고에너지 결합이 되는 원인으로는 공명 에너지 저하, 인산 간 정전기 반발 증대, 모핵 화합물의 호변이성질화 등이 복합적으로 작용한다고 여겨진다.