腺嘌呤通过第9位的氮原子与核糖的第1位碳原子形成糖苷键，即为腺苷，腺苷再与磷酸结合就形成核苷酸分子（图1）。在ATP分子中，与核糖相连接的磷酸基团为α-磷酸基团，其他2个磷酸基团依次为β-、γ-磷酸基团。连接β-和γ-磷酸基团的键为酸酐键，含有较高的能量，称为高能磷酸键，腺苷三磷酸在水解时，高能磷酸键断裂，释放出无机磷酸，并释放出大量自由能（图2），因此腺苷三磷酸是细胞内的自由能载体，能储存和提供生物能量。腺苷三磷酸存在于所有细胞，并分布于细胞的每个部位，主要是细胞核、细胞质和线粒体等处。腺苷三磷酸水解产生的自由能可用于细胞的能量代谢，包括核酸和蛋白质合成、分子或离子逆浓度梯度的主动转运、产生生物电和机械运动（如微丝、微管及肌细胞的收缩）等。除参与细胞能量代谢外，腺苷三磷酸还参与细胞的其他生命活动。在核酸合成中，ATP是组成核酸分子中碱基对的原料之一。它也是一些辅酶的重要成分，如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide; NAD），其衍生物具有很多生物活性。此外，ATP还可作为中枢和周围神经系统中的神经递质发挥广泛的突触传递作用。腺苷三磷酸可通过多种细胞途径产生，最主要的是在线粒体中通过氧化磷酸化由腺苷三磷酸合酶合成，或在植物的叶绿体中通过光合作用合成。机体中腺苷三磷酸合成所需的能量主要来源于葡萄糖和脂肪酸的分解代谢，每分子葡萄糖先在细胞质中产生2分子丙酮酸，同时产生2分子腺苷三磷酸，丙酮酸最终通过线粒体中的三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle；又称克雷布斯循环、柠檬酸循环）代谢，最多可产生30或32分子腺苷三磷酸；脂肪酸则通过β-氧化代谢，生成大量乙酰辅酶A，后者进入三羧酸循环氧化分解，产生更多的腺苷三磷酸，例如1摩尔的软脂酸彻底氧化分解时，可产生106摩尔的ATP。

图1 腺苷三磷酸分子结构图

ADP 腺苷二磷酸Pi 无机磷酸图2 腺苷三磷酸水解时释出自由能的生物化学过程示意图