ATP幾乎是生物組織細胞能夠直接利用的唯一能源，在糖、脂類及蛋白質(zhì)等物質(zhì)氧化分解中釋放出的能量，相當大的一部分能使ADP磷酸化成為ATP，從而把能量保存在ATP分子內(nèi)。
ATP為一游離核苷酸，由腺嘌呤、核糖與三分子磷酸構(gòu)成，磷酸與磷酸間借磷酸酐鍵相連，當這種高能磷酸化合物水解時(磷酸酐鍵斷裂)自由能變化(G)為30.5KJ/mol，而一般的磷酸酯水解時(磷酸酯鍵斷裂)自由能的變化只有8至12KJ/mol，因此曾稱此磷酸酐鍵為高能磷酸鍵，但實際上這樣的名稱是不夠確切的，因為一種化合物水解時釋放自由能的多少取決于該化合物整個分子的結(jié)構(gòu)，以及反應的作用物自由能與產(chǎn)物自由能的差異，而不是由哪個特殊化學鍵的破壞所致，但為了敘述及解釋問題方便，高能磷酸鍵的概念至今仍被生物化學界采用。
ATP是一高能磷酸化合物，當ATP水解時首先將其分子的一部分，如磷酸(Pi)或腺苷酸(AMP)轉(zhuǎn)移給作用物，或與催化反應的酶形成共價結(jié)合的中間產(chǎn)物，以提高作用物或酶的自由能，最終被轉(zhuǎn)移的AMP或Pi將被取代而放出，ATP多以這種通過磷酸基團等轉(zhuǎn)移的方式，而非單獨水解的方式，參加酶促反應提供能量，用以驅(qū)動需要加入自由能的吸能反應，ATP水解反應的總結(jié)如下：
ATP——→ADP+Pi
或ATP——→AMP+PPi
(焦磷酸)
一、ATP的生成方式
體內(nèi)ATP生成有兩種方式
(一)底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 底物分子中的能量直接以高能鍵形式轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP，這個過程稱為底物水平磷酸化，這一磷酸化過程在胞漿和線粒體中進行，包括有：
(二)氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) 氧化和磷酸化是兩個不同的概念。氧化是底物脫氫或失電子的過程，而磷酸化是指ADP與Pi合成ATP的過程。在結(jié)構(gòu)完整的線粒體中氧化與磷酸化這兩個過程是緊密地偶聯(lián)在一起的，即氧化釋放的能量用于ATP合成，這個過程就是氧化磷酸化，氧化是磷酸化的基礎(chǔ)，而磷酸化是氧化的結(jié)果。
機體代謝過程中能量的主要來源是線粒體，既有氧化磷酸化，也有底物水平磷酸化，以前者為主要來源。胞液中底物水平磷酸化也能獲得部分能量，實際上這是酵解過程的能量來源。對于酵解組織、紅細胞和組織相對缺氧時的能量來源是十分重要的。
二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位的測定
確定氧化磷酸化偶聯(lián)部位通常用兩種方法。
(一)P/0值測定 P/0值指在氧化磷酸化過程中消耗一克原子氧所消耗的無機磷的克原子數(shù)，或者說消耗一克原子氧所生成的ATP的克分子數(shù)。P/0值實質(zhì)上指的是呼吸過程中磷酸化的效率。
測定P/0值的方法通常是在一密閉的容器中加入氧化的底物、ADP、Pi、氧飽和的緩沖液，再加入線粒體制劑時就會有氧化磷酸化進行。反應終了時測定O2消耗量(可用氧電極法)和Pi消耗量(或ATP生成量)就可以計算出P/0值了。在反應系統(tǒng)中加入不同的底物，可測得各自的P/0值，結(jié)合我們所了解的呼吸鏈的傳遞順序，就可以分析出大致的偶聯(lián)部位了。
表6-3 離體線粒體的P/0比值
| 底物 | 呼吸的組成 | P/0比值 | 生成ATP數(shù) |
| （1)β-羥丁酸 | NAD+→FMN→CoQ→Cyt→O2 | 2.4-2.8 | 3 |
| （2)琥珀酸 | FAN→CoQ→Cyt→O2 | 1.7 | 2 |
| （3)抗壞血酸 | Cyt→Cytaa3→O2 | 0.88 | 1 |
| （4)細胞色素c | Cytaa3→O2 | 0.61-0.68 | 1 |
從上表可以看出P/0值為小數(shù)，由于線粒體的偶聯(lián)作用在離體條件下不能完全發(fā)揮，故可認為實際的ATP生成數(shù)是他們所接近的正整數(shù)值。
比較表中的(1)和(2)，呼吸鏈傳遞的差異是在CoQ之間，兩者ATP的生成數(shù)相差1，所以這個ATP的生成部位一定在NAD→CoQ之間。
比較表中(2)和(3)，呼吸鏈傳遞的差異是在Cyt c之間，兩者ATP的生成數(shù)相差1，所以這個ATP的生成部位在CoQ→Cyt c之間。
比較表中(3)和(4)，生成的ATP數(shù)均為1，呼吸鏈傳遞的區(qū)別是在Cyt c→Cyt aa3，故Cytc→ aa3不存在偶聯(lián)部位，而在Cyt aa3→O2之間存在著一個偶聯(lián)部位。
