高能量化合物
在细胞中，化学键可以用来储存能量，但并非所有的化学键都具有相同的能量。断裂的化学键释放的能量通常比其他化学键更多。磷酸分子由三个氧原子和一个磷原子（PO3）组成，它与其他分子通过磷酸键连接在一起。当这些磷酸键断裂时，会释放出大量的能量。这些分子本身也是富含能量的化合物，细胞利用这些化合物作为生化反应所需的能量来源。来自辅酶A的分子也是重要的能量来源。例如，乙酰辅酶A（acetyl-CoA）含有富含硫的硫酯键，而不是磷酸键，因此它也能提供能量。当乙酰辅酶A分解时，只需要消耗少量的能量就能形成ATP中的磷酸键。尽管这些分子对所有类型的代谢过程都是必不可少的，但对于依赖厌氧代谢（发酵）的微生物来说尤为重要，因为厌氧代谢是在没有氧气的情况下进行的。高能量化合物的分类
总共有5种类型。
**磷酸酐**：在磷酸中，两个分子结合形成一种称为“磷酸酐”的化合物。例如，在ATP中就存在这种类型的键。ATP的分子结构由两个高能的二磷酸分子（即磷酸酐键）组成。核糖与磷酸之间的磷酸酯键的能量密度不如磷酸酐键高。在大多数吸能反应中，ATP是自由能量的主要直接来源，例如在物质运输、肌肉收缩和神经冲动传递过程中。蛋白质合成和糖异生过程则依赖GTP（鸟苷三磷酸）作为能量来源。此外，UTP（尿苷三磷酸）和CTP（胞苷三磷酸）也是身体从糖类和脂类中获取能量的能量载体。烯醇磷酸键：这种键在水解过程中会释放出高达61千焦/摩尔的能量。在葡萄糖的糖酵解过程中，磷酸烯醇式丙酮酸会形成一种与磷酸烯醇式丙酮酸类似的键。
酰基磷酸键：在水解过程中，这种键会释放出49千焦/摩尔的能量。这种类型的键在1-3-二磷酸甘油酸的糖酵解过程中形成。
胍磷酸盐（Guanidine phosphate）：当磷酸基团与胍（guanidine）结合时，就会形成胍磷酸盐。在发生水解反应时，该物质会释放出约43千焦的能量。PC（磷酸肌酸，Phosphocreatine）中含有与胍磷酸盐相同的化学键类型。这种物质存在于肌肉细胞中，充当组织中的能量储备。
硫酯键（Thioester Bond）：硫酯键中不含高能量的磷酸基团，因此其能量较低。乙酰辅酶A（Acetyl co-A）就包含这种类型的键。
ATP的生物学意义
细胞最常见的能量来源是ATP（三磷酸腺苷）。ATP由碳、氮、氢、氧和磷组成。当ATP发生水解反应时，会释放出大量的能量，因为其中含有不稳定的高能键。当酶从ATP中去除一个磷酸基团生成ADP时，会释放出大量的能量，这些能量可以被细胞用于各种代谢过程。蛋白质以及其他大分子也可以通过ATP来合成。当从ATP中再去除第二个磷酸基团时，会生成腺苷一磷酸（AMP），同时也会释放出能量。当生物体不需要能量时，AMP和ADP会重新结合磷酸基团重新形成ATP；而在需要能量时，ATP又会再次被水解。因此，ATP是细胞代谢过程中高效的能量来源。环磷酸腺苷（Cyclic AMP）
环磷酸腺苷（cyclic AMP，简称cAMP）在激素的作用中起着关键作用，这一过程是通过肾上腺素（epinephrine）来实现的。当人体面临压力时，肾上腺会释放这种“战斗或逃跑”（Fight or Flight）激素。这种激素会导致血压升高，并促使葡萄糖分解以提供能量。进行体育活动有助于人类应对各种挑战。在这种情况下，人体会出现血压升高、心跳加快以及口干等症状。这些生理反应是由生化反应所驱动的。肾上腺素与细胞膜上的受体结合后，会停留在细胞外部。腺苷酸环化酶（adenylate cyclase）会生成环磷酸腺苷（cAMP），而cAMP则作为细胞内的第二信使来传递信号。
腺苷酸环化酶系统由两个组成部分构成。当该酶与激素结合的受体以及一种调节性蛋白（即刺激性G蛋白，即鸟苷酸核苷酸结合蛋白）结合并被激活时，它才会催化腺苷酸环化反应。作为受体与环磷酸腺苷（cAMP）合成之间的中介，G蛋白起着关键作用。G蛋白的活性状态取决于与其结合的鸟苷酸类型：当未结合鸟苷酸时，G蛋白处于非活性状态；当G蛋白被激活后，GTP会与其结合。在G蛋白内部，GTP会通过自身的GTP酶活性被转化为GDP。一旦GTP被水解，G蛋白就会失去活性。G蛋白具有周期性特征（即其活性状态会循环变化）。
- 激素会与受体结合。
- 激素结合受体与G蛋白结合，从而导致GTP取代GDP。
- 腺苷酸环化酶与结合了GTP的G蛋白相互作用。
- GTP水解后，G蛋白会恢复到基态。
例如，糖原磷酸化酶和糖原合成酶并不直接受到环腺苷酸（cyclic AMP）的影响。实际上，环腺苷酸会刺激蛋白激酶的活性，从而引发细胞内的反应。磷酸基团通过环腺苷酸从ATP传递到糖原磷酸化酶，进而与蛋白激酶A结合。随后，糖原通过糖原磷酸化酶的作用转化为糖原-1-磷酸。肌肉就可以利用这种能量来源了。