ATP oldukça kararsız bir moleküldür. İş yapmak için hızlı bir şekilde kullanılmadıkça, ATP kendiliğinden ADP ve inorganik fosfata (P_i) ayrışır ve bu işlem sırasında açığa çıkan serbest enerji ısı olarak kaybolur. ATP hidrolizi ile açığa çıkan enerji, hücre içinde iş yapmak için kullanılır ve enerji birleştirme adı verilen bir stratejiye bağlıdır. Hücreler, ATP hidrolizinin ekzergonik reaksiyonunu endergonik reaksiyonlarla birleştirerek ilerlemelerine izin verir.

ATP kullanan bir enerji birleştirme örneği, hücresel işlev için son derece önemli olan bir transmembran iyon pompasını içerir. Bu sodyum-potasyum pompası (Na⁺/K⁺ pompası) sodyumu hücreden ve potasyumu hücreye iter. Bir hücrenin ATP'sinin büyük bir yüzdesi bu pompaya güç sağlamak için harcanır, çünkü hücresel süreçler düzenli olarak hücreye büyük miktarda sodyum aktarır ve hücreden büyük miktarda potasyum dışa aktarır. Pompa, hücresel sodyum ve potasyum konsantrasyonlarını stabilize etmek için sürekli olarak çalışır. Pompanın bir döngüyü döndürmesi için (üç Na⁺ iyonu dışa aktarma ve iki K⁺ iyonu içe aktarma), bir ATP molekülünün hidrolize edilmesi gerekir. ATP hidrolize edildiğinde, gama fosfatı pompa proteinine aktarılır.

Bir fosfat grubunun bir moleküle bağlanma sürecine fosforilasyon denir. Çoğu ATP hidrolizi vakasında olduğu gibi, ATP'den bir fosfat başka bir moleküle aktarılır. Fosforile halde, Na⁺/K⁺ pompası daha fazla serbest enerjiye sahiptir ve konformasyonel bir değişikliğe uğraması için tetiklenir. Bu değişiklik, Na⁺'yı hücrenin dışına salmasına izin verir. Daha sonra, başka bir konformasyonel değişiklik yoluyla fosfatın pompadan ayrılmasına neden olan hücre dışı K⁺'yı bağlar. Bu fosfat salınımı, K ⁺ 'nın hücrenin içine salınmasını tetikler. Esasen, ATP'nin hidrolizinden açığa çıkan enerji, pompaya güç sağlamak ve Na⁺ ve K⁺ iyonlarını taşımak için gereken enerji ile birleştirilir. ATP, fosforilasyon yoluyla bu temel enerji birleştirme biçimini kullanarak hücresel çalışma gerçekleştirir.

Genellikle, besin sentezi ve parçalanması gibi hücresel metabolik reaksiyonlar sırasında, bazı moleküllerin, reaksiyon serisindeki bir sonraki adım için substratlar haline gelmek üzere konformasyonlarında hafifçe değişmesi gerekir. Bir örnek, hücresel solunumun ilk adımları olan glikoliz sırasındadır. Bu ilk adımda, ATP'nin glikozu fosforile etmesi ve yüksek enerjili ancak kararsız bir ara ürün oluşturması gerekir. Bu fosforilasyon reaksiyonu, fosforile glikoz molekülünün fosforile şeker fruktozuna dönüşmesine izin veren konformasyonel bir değişikliğe güç verir. Fruktoz, glikolizin ilerlemesi için gerekli bir ara maddedir. Burada, ATP hidrolizinin ekzergonik reaksiyonu, glikoz fosforilasyonunun endergonik reaksiyonu ile birleştiğinde, yolda bir ara adım oluşturur. Bir kez daha, ATP içindeki bir fosfat bağının kırılmasıyla açığa çıkan enerji, başka bir molekülü fosforile etmek, kararsız bir ara madde oluşturmak ve önemli bir konformasyon değişikliğine güç vermek için kullanıldı.

Bu metin Openstax, Biology 2e, Section 6.4:ATP: Adenozin Trifosfat bölümünden uyarlanmıştır