ATPは非常に不安定な分子です。作業に迅速に使用しないと、ATPは自然にADPと無機リン酸塩(P_i)に解離し、この過程で放出された自由エネルギーは熱として失われます。ATP加水分解によって放出されるエネルギーは、セル内で作業を行うために使用され、エネルギー結合と呼ばれる戦略に依存します。細胞は、ATP加水分解のエクセルゴニック反応とエンダーゴニック反応を結合し、進行を可能にします。

ATPを用いたエネルギー結合の一例として、細胞機能にとって極めて重要な膜貫通型イオンポンプがあります。このナトリウム-カリウムポンプ(Na ⁺ / K ⁺ポンプ)は、ナトリウムを細胞から排出し、カリウムを細胞に排出します。細胞プロセスが定期的に大量のナトリウムを細胞に取り込み、細胞から大量のカリウムを放出するため、細胞のATPの大部分がこのポンプに電力を供給するために費やされます。ポンプは、ナトリウムとカリウムの細胞濃度を安定させるために常に働きます。ポンプが1サイクル(3つのNa⁺イオンをエクスポートし、2つのK ⁺イオンをインポート)を回転させるには、1分子のATPを加水分解する必要があります。ATPが加水分解されると、そのリン酸γがポンプタンパク質に移されます。

リン酸基が分子に結合するこのプロセスは、リン酸化と呼ばれます。ATP加水分解のほとんどのケースと同様に、ATPからのリン酸塩は別の分子に転写されます。リン酸化状態では、Na⁺/K⁺ポンプはより多くの自由エネルギーを持ち、コンフォメーション変化を起こすように引き起こされます。この変更により、Na⁺を細胞の外側に放出することができます。その後、細胞外K⁺に結合し、別のコンフォメーション変化により、リン酸がポンプから分離します。このリン酸塩の放出により、K⁺が細胞内に放出されます。基本的に、ATPの加水分解から放出されるエネルギーは、ポンプに電力を供給し、Na⁺およびK⁺イオンを輸送するために必要なエネルギーと組み合わされます。ATPは、リン酸化によるこの基本的なエネルギー結合の形態を使用して細胞の働きを行います。

多くの場合、栄養素の合成や分解などの細胞代謝反応では、特定の分子のコンフォメーションがわずかに変化して、反応シリーズの次のステップの基質になる必要があります。その一例が、細胞呼吸の最初のステップである解糖系です。この最初のステップでは、ATPはグルコースをリン酸化し、高エネルギーであるが不安定な中間体を作り出す必要があります。このリン酸化反応は、リン酸化グルコース分子がリン酸化糖フルクトースに変換できるようにするコンフォメーション変化を促進します。フルクトースは、解糖系が前進するために必要な中間体です。ここで、ATP加水分解のエクセルゴニック反応は、グルコースリン酸化のエンダーゴニック反応と結合して、経路の中間ステップを構成します。ここでも、ATP内のリン酸結合を切断することで放出されるエネルギーは、別の分子のリン酸化に使用され、不安定な中間体を作り出し、重要なコンフォメーション変化を引き起こしました。

このテキストはOpenstax, Biology 2e, Section 6.4:ATP: Adenosine Triphosphate から改変

されています。