關(guān)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(xué)農(nóng)學(xué)院 荊州 434025)

1 化學(xué)鍵

化學(xué)鍵是一種分子內(nèi)原子間或者離子間的相互作用力，本質(zhì)是電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。常見的化學(xué)鍵類型包括離子鍵、金屬鍵、共價(jià)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(yīng)。它是醇羥基跟羧酸或含氧無機(jī)酸(如磷酸)生成酯和水的反應(yīng)。在該過程中形成的連接醇和酸的共價(jià)鍵即為酯鍵。在DNA的脫氧核糖和RNA的核糖中的3號(hào)位和5號(hào)位的碳上都有羥基，它們與磷酸之間發(fā)生酯化反應(yīng)生成的化學(xué)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(xí)慣上把這兩個(gè)鍵統(tǒng)稱為3′,5′—磷酸二酯鍵。

圖1 核苷酸鏈部分結(jié)構(gòu)模式圖

3 高能磷酸鍵

在人教版高中生物學(xué)教材中，對(duì)高能磷酸鍵的描述是：“ATP的分子結(jié)構(gòu)式可以寫成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。”通過分析ATP的結(jié)構(gòu)(圖2)，可知ATP中含有兩個(gè)高能磷酸鍵，這里的高能磷酸鍵實(shí)際是磷酸分子之間脫水形成的磷酸酐鍵。而對(duì)于磷酸鍵，可以理解為磷酸參與形成的各種化學(xué)鍵的總稱(因?yàn)椴殚喕瘜W(xué)專業(yè)書籍，發(fā)現(xiàn)“磷酸鍵”這個(gè)詞在化學(xué)術(shù)語中并不存在)。因此，A—P～P～P中的“—”表示的也是一個(gè)磷酸鍵，不過它是一個(gè)磷酸酯鍵，和圖1中的②是完全一樣的。

圖2 ATP結(jié)構(gòu)模式圖

需要指出的是，由于化學(xué)鍵的斷裂不僅不釋放化學(xué)能，還需要吸收化學(xué)能，高能磷酸鍵斷裂時(shí)，釋放的能量實(shí)際是來自于整個(gè)分子結(jié)構(gòu)的變化，因此，高能磷酸鍵的概念在許多教材中已經(jīng)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)代謝反應(yīng)(水解成磷酸或羧酸衍生物)時(shí)伴隨的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(指負(fù)的數(shù)值)等于或大于ATP水解成ADP的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)磷酸參與形成的兩個(gè)磷酸酯鍵的統(tǒng)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(yīng)過程釋放的總能量。