ATP幾乎是生物組織細(xì)胞能夠直接利用的唯一能源，在糖、脂類及蛋白質(zhì)等物質(zhì)氧化分解中釋放出的能量，相當(dāng)大的一部分能使ADP磷酸化成為ATP，從而把能量保存在ATP分子內(nèi)。
ATP為一游離核苷酸，由腺嘌呤、核糖與三分子磷酸構(gòu)成，磷酸與磷酸間借磷酸酐鍵相連，當(dāng)這種高能磷酸化合物水解時(磷酸酐鍵斷裂)自由能變化(G)為30.5KJ/mol，而一般的磷酸酯水解時(磷酸酯鍵斷裂)自由能的變化只有8至12KJ/mol，因此曾稱此磷酸酐鍵為高能磷酸鍵，但實(shí)際上這樣的名稱是不夠確切的，因?yàn)橐环N化合物水解時釋放自由能的多少取決于該化合物整個分子的結(jié)構(gòu)，以及反應(yīng)的作用物自由能與產(chǎn)物自由能的差異，而不是由哪個特殊化學(xué)鍵的破壞所致，但為了敘述及解釋問題方便，高能磷酸鍵的概念至今仍被生物化學(xué)界采用。
ATP是一高能磷酸化合物，當(dāng)ATP水解時首先將其分子的一部分，如磷酸(Pi)或腺苷酸(AMP)轉(zhuǎn)移給作用物，或與催化反應(yīng)的酶形成共價結(jié)合的中間產(chǎn)物，以提高作用物或酶的自由能，最終被轉(zhuǎn)移的AMP或Pi將被取代而放出，ATP多以這種通過磷酸基團(tuán)等轉(zhuǎn)移的方式，而非單獨(dú)水解的方式，參加酶促反應(yīng)提供能量，用以驅(qū)動需要加入自由能的吸能反應(yīng)，ATP水解反應(yīng)的總結(jié)如下：
ATP——→ADP+Pi
或ATP——→AMP+PPi
(焦磷酸)
一、ATP的生成方式
體內(nèi)ATP生成有兩種方式
(一)底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 底物分子中的能量直接以高能鍵形式轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP，這個過程稱為底物水平磷酸化，這一磷酸化過程在胞漿和線粒體中進(jìn)行，包括有：
(二)氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) 氧化和磷酸化是兩個不同的概念。氧化是底物脫氫或失電子的過程，而磷酸化是指ADP與Pi合成ATP的過程。在結(jié)構(gòu)完整的線粒體中氧化與磷酸化這兩個過程是緊密地偶聯(lián)在一起的，即氧化釋放的能量用于ATP合成，這個過程就是氧化磷酸化，氧化是磷酸化的基礎(chǔ)，而磷酸化是氧化的結(jié)果。
機(jī)體代謝過程中能量的主要來源是線粒體，既有氧化磷酸化，也有底物水平磷酸化，以前者為主要來源。胞液中底物水平磷酸化也能獲得部分能量，實(shí)際上這是酵解過程的能量來源。對于酵解組織、紅細(xì)胞和組織相對缺氧時的能量來源是十分重要的。
二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位的測定
確定氧化磷酸化偶聯(lián)部位通常用兩種方法。
(一)P/0值測定 P/0值指在氧化磷酸化過程中消耗一克原子氧所消耗的無機(jī)磷的克原子數(shù)，或者說消耗一克原子氧所生成的ATP的克分子數(shù)。P/0值實(shí)質(zhì)上指的是呼吸過程中磷酸化的效率。
測定P/0值的方法通常是在一密閉的容器中加入氧化的底物、ADP、Pi、氧飽和的緩沖液，再加入線粒體制劑時就會有氧化磷酸化進(jìn)行。反應(yīng)終了時測定O2消耗量(可用氧電極法)和Pi消耗量(或ATP生成量)就可以計算出P/0值了。在反應(yīng)系統(tǒng)中加入不同的底物，可測得各自的P/0值，結(jié)合我們所了解的呼吸鏈的傳遞順序，就可以分析出大致的偶聯(lián)部位了。
表6-3 離體線粒體的P/0比值
| 底物 | 呼吸的組成 | P/0比值 | 生成ATP數(shù) |
| （1)β-羥丁酸 | NAD+→FMN→CoQ→Cyt→O2 | 2.4-2.8 | 3 |
| （2)琥珀酸 | FAN→CoQ→Cyt→O2 | 1.7 | 2 |
| （3)抗壞血酸 | Cyt→Cytaa3→O2 | 0.88 | 1 |
| （4)細(xì)胞色素c | Cytaa3→O2 | 0.61-0.68 | 1 |
從上表可以看出P/0值為小數(shù)，由于線粒體的偶聯(lián)作用在離體條件下不能完全發(fā)揮，故可認(rèn)為實(shí)際的ATP生成數(shù)是他們所接近的正整數(shù)值。
比較表中的(1)和(2)，呼吸鏈傳遞的差異是在CoQ之間，兩者ATP的生成數(shù)相差1，所以這個ATP的生成部位一定在NAD→CoQ之間。
比較表中(2)和(3)，呼吸鏈傳遞的差異是在Cyt c之間，兩者ATP的生成數(shù)相差1，所以這個ATP的生成部位在CoQ→Cyt c之間。
比較表中(3)和(4)，生成的ATP數(shù)均為1，呼吸鏈傳遞的區(qū)別是在Cyt c→Cyt aa3，故Cytc→ aa3不存在偶聯(lián)部位，而在Cyt aa3→O2之間存在著一個偶聯(lián)部位。
