I composti ad alta energia e la conservazione dell'energia

L'energia rilasciata come risultato delle reazioni redox deve essere conservata per le funzioni cellulari. Negli organismi viventi l'energia chimica liberata nelle reazioni redox viene conservata principalmente sottoforma di composti fosforilati, in particolare ATP. Questi composti vengono definiti ad alta energia perché, in seguito all'idrolisi dei legami fosfato, l'energia potenziale rilasciata è di gran lunga superiore a quella contenuta in un normale legame covalente. Nei composti fosforilati, i gruppo fosfato sono legati mediante atomi di ossigeno con legami esterici o anidridici. Tuttavia non tutti i legami fosfato sono legami ad alta energia. Quest'ultima viene espressa in termini di energia libera rilasciata quando il fosfato è idrolizzato. Comunque nelle cellule il più importante composto fosfato ad alta energia è l'adenosina trifosfato (ATP), consistente in un adenosina ribonucleoside a cui sono legate in serie tre molecole di fosfato.. L'ATP è il principale trasportatore di energia nelle cellule: generato durante le reazioni esoergoniche, viene consumato in alcune reazioni endoergoniche. Dalla sua struttura è possibile vedere che due dei tre legami fosfato sono fosfoanidridi e quindi hanno un'energia libera di idrolisi maggiore di 30 kJ.
In aggiunta ai composti fosfati ad alta energia, la cellula produce altri composti che possono conservare l'energia rilasciata dalle reazioni esoergoniche. Tra questi sono compresi i derivati del coenzima A (per esempio l'acetil-CoA). Essi contengono legami tioesterici e nell'idrolisi sviluppano energia libera sufficiente per condurre la sintesi di un legame fosfato ad alta energia. I derivati del coenzima A sono molto importanti, inoltre, per le richieste energetiche dei microrganismi anaerobi, in particolare per quelli il cui metabolismo energetico coinvolge la fermentazione. Nella fermentazione l'ATP è il risultato della fosforilazione a livello del substrato. Nella via biochimica viene aggiunto un gruppo fosfato ad un intermedio che diventa un gruppo fosfato ad alta energia e alla fine viene trasferito all'ADP per formare ATP. La fermentazione e la respirazione sono l due vie attraverso le quali i chemioorganotrofi possono conservare l'energia ottenuta dall'ossidazione dei composti organici. Il risultato finale è la sintesi di ATP.