O termo fosfato de alta enerxía pode significar dúas cousas:

• Un enlace fosfato-fosfato formado cando se xeran compostos como a adenosina difosfato ou a adenosina trifosfato.
• Un composto que contén estes enlaces, como os nucleósidos difosfato e trifosfato, e compostos que almacenan alta enerxía no músculo, os fosfáxenos. Cando se fala do conxunto ou pool de fosfatos de alta enerxía na célula, estase a falar da concentración total destes compostos con estes enlaces de alta enerxía. Compostos cun fosfato, como moitos azucres fosfato, denomínanse tamén compostos fosfatados de alta enerxía (por exemplo, o fosfoenolpiruvato ou o 1,3-difosfoglicerato).^[1] A fosfocreatina contén tamén enlaces fosfato de alta enerxía.

En realidade, hai que salientar que o termo enlace de 'alta enerxía' referido aos enlaces destes fosfatos é un pouco equívoco, porque o cambio de enerxía libre negativo non se debe directamente á rotura destes enlaces senón a toda a reacción química no seu conxunto. A rotura destes enlaces, como a rotura da maioría dos enlaces, é endergónica e consome enerxía en lugar de liberala. O que ocorre é que o cambio de enerxía libre negativo débese a que os enlaces que se forman despois da hidrólise (ou a fosforilación dun residuo polo ATP) son inferiores en enerxía aos enlaces que estaban presentes antes da hidrólise. (Isto inclúe todos os enlaces implicados na reacción, non só os enlaces dos fosfatos). Este efecto débese a diversos factores incluíndo unha estabilización de resonancia e a solvatación dos produtos en relación cos reactivos.

Os enlaces fosfato de alta enerxía son enlaces de pirofosfato, chamados enlaces anhidro ácidos (ou fosfoanhidro) formados por captación de derivados do ácido fosfórico e deshidratación. Como consecuencia, a hidrólise destes enlaces é exergónica en condicións fisiolóxicas, liberando enerxía.

Excepto no caso do PP_i → 2 P_i, estas reaccións, en xeral, non están incontroladas nas células senón que están acopladas a outros procesos que precisan enerxía. Así, as reaccións de fosfatos de alta enerxía poden:

• proporcionar enerxía a procesos celulares, permitindo que funcionen
• acoplar procesos a un nucleósido particular, permitindo o control do proceso
• impulsar unha reacción fóra do seu equilibrio (impulsala á dereita) ao promover unha dirección da reacción na que é máis rápida do que o equilibrio.

A única excepción é valiosa porque permite que unha soa hidrólise do ATP, como é ATP + 2H₂O → AMP + PP_i, xere a enerxía da hidrólise de dous enlaces de alta enerxía, ao hidrolizarse o PP_i nunha reacción separada. O AMP é rexenerado a ATP en dúas etapas, coa reacción de equilibrio ATP + AMP ⇌ 2ADP, seguida da rexeneración do ATP polos medios habituais, como a fosforilación oxidativa ou outras vías de produción de enerxía como a glicólise.

A miúdo, os enlaces fosfato de alta enerxía debúxanse utilizando o carácter '~'. Con esta notación o ATP escribiríase A-P~P~P. Esta notaciónn foi inventada por Fritz Albert Lipmann, que foi o primeiro que propuxo que o ATP era a principal molécula de transferencia de enerxía da célula, en 1941.^[2] A notación enfatiza a natureza especial deste enlaces.^[3] L. Stryer indica sobre eles o seguinte:

O ATP é a miúdo chamado composto de alta enerxía e os seus enlaces fosfoanhídrido denomínanse enlaces de alta enerxía. Non hai nada de especial nestes enlaces como tales. Son enlaces de alta enerxía no sentido de que se libera enerxía libre cando son hidrolizados, polas razón indicadas antes. O termo de Lipmann “enlace de alta enerxía” e o seu símbolo ~P (til P) para un composto que teña un alto potencial de transferencia de grupo fosfato son notacións gráficas, concisas e útiles. De feito o til de Lipmann estimulou o interese en bioenerxética.

• McGilvery, R. W. e Goldstein, G., Biochemistry - A Functional Approach, W. B. Saunders and Co, 1979, 345-351.