关于磷酸二酯键、磷酸键和高能磷酸键的辨析

徐 乐 李胜杰

(湖北省长江大学农学院 荆州 434025)

1 化学键

化学键是一种分子内原子间或者离子间的相互作用力，本质是电子绕原子核运动的结果。常见的化学键类型包括离子键、金属键、共价键和配位键。

2 磷酸二酯键

在辨析酯键之前，先要了解什么是酯化反应。它是醇羟基跟羧酸或含氧无机酸(如磷酸)生成酯和水的反应。在该过程中形成的连接醇和酸的共价键即为酯键。在DNA的脱氧核糖和RNA的核糖中的3号位和5号位的碳上都有羟基，它们与磷酸之间发生酯化反应生成的化学键都是酯键(图1中的①和②)，而中间的磷酸即参与形成了化合物磷酸二酯，习惯上把这两个键统称为3′,5′—磷酸二酯键。

图1 核苷酸链部分结构模式图

3 高能磷酸键

在人教版高中生物学教材中，对高能磷酸键的描述是：“ATP的分子结构式可以写成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。”通过分析ATP的结构(图2)，可知ATP中含有两个高能磷酸键，这里的高能磷酸键实际是磷酸分子之间脱水形成的磷酸酐键。而对于磷酸键，可以理解为磷酸参与形成的各种化学键的总称(因为查阅化学专业书籍，发现“磷酸键”这个词在化学术语中并不存在)。因此，A—P～P～P中的“—”表示的也是一个磷酸键，不过它是一个磷酸酯键，和图1中的②是完全一样的。

图2 ATP结构模式图

需要指出的是，由于化学键的断裂不仅不释放化学能，还需要吸收化学能，高能磷酸键断裂时，释放的能量实际是来自于整个分子结构的变化，因此，高能磷酸键的概念在许多教材中已经弃用，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进行标准代谢反应(水解成磷酸或羧酸衍生物)时伴随的标准自由能变化(指负的数值)等于或大于ATP水解成ADP的标准自由能变化的化合物。除了ATP之外还有诸如磷酸肌酸、磷酸烯醇式丙酮酸也都属于高能磷酸化合物。

综合所述，3′,5′—磷酸二酯键是由一个磷酸参与形成的两个磷酸酯键的统称，其与ATP中腺苷与磷酸之间形成的酯键一样，都是普通的磷酸键，而常说的高能磷酸键所释放的能量是高能磷酸化合物水解反应过程释放的总能量。