關于磷酸二酯鍵、磷酸鍵和高能磷酸鍵的辨析

徐 樂 李勝杰

(湖北省長江大學農學院 荊州 434025)

1 化學鍵

化學鍵是一種分子內原子間或者離子間的相互作用力，本質是電子繞原子核運動的結果。常見的化學鍵類型包括離子鍵、金屬鍵、共價鍵和配位鍵。

2 磷酸二酯鍵

在辨析酯鍵之前，先要了解什么是酯化反應。它是醇羥基跟羧酸或含氧無機酸(如磷酸)生成酯和水的反應。在該過程中形成的連接醇和酸的共價鍵即為酯鍵。在DNA的脫氧核糖和RNA的核糖中的3號位和5號位的碳上都有羥基，它們與磷酸之間發生酯化反應生成的化學鍵都是酯鍵(圖1中的①和②)，而中間的磷酸即參與形成了化合物磷酸二酯，習慣上把這兩個鍵統稱為3′,5′—磷酸二酯鍵。

圖1 核苷酸鏈部分結構模式圖

3 高能磷酸鍵

在人教版高中生物學教材中，對高能磷酸鍵的描述是：“ATP的分子結構式可以寫成A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基團，～代表一種特殊的化學鍵，叫做高能磷酸鍵。”通過分析ATP的結構(圖2)，可知ATP中含有兩個高能磷酸鍵，這里的高能磷酸鍵實際是磷酸分子之間脫水形成的磷酸酐鍵。而對于磷酸鍵，可以理解為磷酸參與形成的各種化學鍵的總稱(因為查閱化學專業書籍，發現“磷酸鍵”這個詞在化學術語中并不存在)。因此，A—P～P～P中的“—”表示的也是一個磷酸鍵，不過它是一個磷酸酯鍵，和圖1中的②是完全一樣的。

圖2 ATP結構模式圖

需要指出的是，由于化學鍵的斷裂不僅不釋放化學能，還需要吸收化學能，高能磷酸鍵斷裂時，釋放的能量實際是來自于整個分子結構的變化，因此，高能磷酸鍵的概念在許多教材中已經棄用，取而代之的是高能磷酸化合物。高能磷酸化合物是指化合物進行標準代謝反應(水解成磷酸或羧酸衍生物)時伴隨的標準自由能變化(指負的數值)等于或大于ATP水解成ADP的標準自由能變化的化合物。除了ATP之外還有諸如磷酸肌酸、磷酸烯醇式丙酮酸也都屬于高能磷酸化合物。

綜合所述，3′,5′—磷酸二酯鍵是由一個磷酸參與形成的兩個磷酸酯鍵的統稱，其與ATP中腺苷與磷酸之間形成的酯鍵一樣，都是普通的磷酸鍵，而常說的高能磷酸鍵所釋放的能量是高能磷酸化合物水解反應過程釋放的總能量。