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依据新的课程标准要求，人民教育出版社、上海科技教育出版社（以下分别简称人教版、沪科教版）等在2019年版高中生物学教材中均调整了ATP“高能磷酸键”的相关表述。对ATP“高能磷酸键”的质疑早已有之，在1997年，就有教师发文分析了为什么高能磷酸键提法不妥？ATP水解形成ADP时，能量的释放是否全部归结于变成ADP时新键的形成时？针对质疑教材表述发生过哪些变化，ATP水解为什么会释放能量，ATP为什么能成为生物界细胞能量货币？成为目前课堂教学中不能回避的问题。
1“高能磷酸键”的表述发生了哪些变化
1.1教材中ATP“高能磷酸键”表述的演变
人教版2004年版教材中关于高能磷酸键的表述是：“ATP分子的结构式可以简写成A-P~P~P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，~代表一种特殊的化学键，叫做高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中”。2007年版教材中，将“ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中”修改为“高能磷酸键断裂时，大量的能量会释放出来”。2019版教材删除了“高能磷酸键”的说法，调整了有关叙述：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，即具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。 1.2关于“高能磷酸键”的疑问 物质中的原子之间是通过化学键相结合的，当发生化学反应时，反应物的化学键断裂要吸收能量，而生成物的化学键形成要放出能量，即“断键吸能，成键放能”。显然“高能磷酸键断裂时，大量的能量会释放出来”这种说法与化学知识相矛盾，ATP“高能磷酸键”的提法不妥。化学上讲的键能是指断裂一个化学键需要提供的能量，生物化学中所说的“高能键”是指该键水解时释放出的大量自由能。 1.3“高能磷酸键”的来历及调整原因 ATP分子中的3个磷酸基团从与腺苷直接相连的那个开始向外依次为α、β和γ,α和β之间、β和γ之间的磷酸键水解释放出的自由能分别是：30.5kJ/mol、30.2kJ/mol。历史上，曾把水解时释放自由能超过25kJ/mol的化合物称为“高能”化合物，如ATP、ADP和焦磷酸等。 1941年，犹太裔美国籍科学家李普曼在《磷酸键能在代谢中的产生和利用》一文中总结了30年代科学家对ATP的研究，并对磷酸键在能量转换和生物合成中的功能作了进一步概括，阐明ATP是生物化学能量的普遍载体，并建议用符号“~”代表这种携带可供能的键，称之为“高能键”，也有人称之为“高能磷酸键”。这种习惯叫法不够规范和科学，它并不是一个特殊的化学键，不是“键”本身含有高能量。2019年版的人教版、沪科教版教材等删除了“高能磷酸键”的说法，调整了有关叙述。 2ATP水解为什么会释放能量 2.1磷酸基团之间化学键不稳定 ATP分子中有3个磷酸基团，它们都带负电荷，这些负电荷在空间上相距很近，彼此之间互相排斥，就像一个被压缩的弹簧一样，导致它们之间的化学键不稳定，促使ATP的磷酸基团易于水解。 2.2ATP水解时释放能量大于吸收能量 ATP外侧的P—O键和水中的H—O键断裂吸收能量；同时形成ADP中的O—H键和磷酸中的P—0键，放出能量。 ATP水解反应中，反应物相对于生成物拥有较高的能量（图1）。
导致ATP容易水解和释放大量自由能的因素，归结起来主要是两个：一个是引起反应物不稳定的因素（分子内静电斥力），另一个是造成产物稳定的因素（共振稳定化）。 3ATP为什么能成为生物界细胞能量货币 3.1ATP的供能方式 ATP的分子结构决定了其化学性质，是它适于担当细胞中能量货币的内因。ATP除通过水解提供能量外，还通过基团转移提供能量。 |