El ATP es una molécula altamente inestable. A menos que se use rápidamente para realizar un trabajo, el ATP se disocia espontáneamente en ADP y fosfato inorgánico (P_i), y la energía libre liberada durante este proceso se pierde en forma de calor. La energía liberada por la hidrólisis de ATP se utiliza para realizar trabajos dentro de la célula y depende de una estrategia llamada acoplamiento de energía. Las células acoplan la reacción exergónica de la hidrólisis del ATP con reacciones endergónicas, lo que les permite continuar.

Un ejemplo de acoplamiento de energía utilizando ATP involucra una bomba de iones transmembrana que es extremadamente importante para la función celular. Esta bomba de sodio-potasio (bomba de Na⁺/K⁺) expulsa el sodio de la célula y el potasio entra en ella. Un gran porcentaje del ATP de una célula se gasta en alimentar esta bomba porque los procesos celulares importan regularmente grandes cantidades de sodio a la célula y exportan grandes cantidades de potasio fuera de la célula. La bomba trabaja constantemente para estabilizar las concentraciones celulares de sodio y potasio. Para que la bomba gire un ciclo (exportando tres iones Na⁺ e importando dos iones K⁺), se debe hidrolizar una molécula de ATP. Cuando el ATP se hidroliza, su fosfato gamma se transfiere a la proteína de la bomba.

Este proceso de unión de un grupo fosfato a una molécula se denomina fosforilación. Como en la mayoría de los casos de hidrólisis de ATP, un fosfato de ATP se transfiere a otra molécula. En un estado fosforilado, la bomba de Na⁺/K⁺ tiene más energía libre y se activa para sufrir un cambio conformacional. Este cambio le permite liberar Na⁺ al exterior de la célula. A continuación, se une al K⁺ extracelular, que, a través de otro cambio conformacional, hace que el fosfato se desprenda de la bomba. Esta liberación de fosfato hace que el K⁺ se libere al interior de la célula. Esencialmente, la energía liberada de la hidrólisis del ATP se combina con la energía necesaria para alimentar la bomba y transportar iones Na⁺ y K⁺. El ATP realiza el trabajo celular utilizando esta forma básica de acoplamiento de energía a través de la fosforilación.

A menudo, durante las reacciones metabólicas celulares, como la síntesis y descomposición de nutrientes, ciertas moléculas deben alterarse ligeramente en su conformación para convertirse en sustratos para el siguiente paso en la serie de reacciones. Un ejemplo es durante la glucólisis, los primeros pasos de la respiración celular. En este primer paso, se requiere ATP para fosforilar la glucosa, creando un intermediario de alta energía pero inestable. Esta reacción de fosforilación impulsa un cambio conformacional que permite que la molécula de glucosa fosforilada se convierta en fructosa, azúcar fosforilado. La fructosa es un intermediario necesario para que la glucólisis avance. Aquí, la reacción exergónica de la hidrólisis del ATP, junto con la reacción endergónica de la fosforilación de la glucosa, constituye un paso intermedio en la vía. Una vez más, la energía liberada al romper un enlace de fosfato dentro del ATP se utilizó para fosforilar otra molécula, creando un intermediario inestable y potenciando un cambio conformacional importante.

Este texto es una adaptación de Openstax, Biology 2e, Section 6.4:ATP: Trifosfato de adenosina