生物體在進行物質的氧化分解過程中，釋放能量以滿足各種生命活動的需要。能量的一部分用於維持體溫或以熱的形式散發，剩餘的能量可以轉移到高能化合物中儲存起來，在動物需要時再釋放出來，以便使動物有機體生命活動所需的能量得以長期穩定的供給。
一、高能鍵與高能化合物
簡單地講，凡是有高能鍵的化合物都稱為高能化合物。高能化合物一般水解時能釋放20.93kJ／mol以上的自由能。高能鍵通常用“～”符號表示，高能鍵和化學中所講的鍵能高有著本質的區別，其特點是連接疏鬆，容易斷開，高能鍵水解斷開或基團轉移時能夠釋放大量的能量。
生物體內的高能化合物根據高能鍵的連接鍵型主要分3類：即高能磷酸化合物、高能硫酯類化合物和高能甲硫化合物。
1.高能磷酸化合物
此類高能化合物有磷氧鍵型和磷氮鍵型兩類。
（1）磷氧鍵型（—O～）
①烯醇式磷酸化合物
指代謝物烯醇基與磷酸脫水形成的化合物。
通式：如：
②酰基磷酸化合物
指代謝物羥基與磷酸脫水形成的化合物，主要有1，3二磷酸甘油酸、乙酰磷酸、氨甲酰磷酸等。
通式：如：
③焦磷酸化合物
指代謝物相鄰的磷酸脫水形成的化合物，主要有NTP，NDP（N為各種含氮堿基）。
通式：如：
（2）磷氮鍵型（—NH～）
主要有磷酸肌酸和磷酸精氨酸等。
通式：如：
2.高能硫酯化合物
高能硫酯化合物是由代謝物的羧基與硫氫基脫水形成，主要有乙酰CoA、琥珀酰CoA、脂酰CoA等。
通式：如：
3.高能甲硫鍵型化合物
通式：如：
在以上高能化合物中最主要的是腺苷三磷酸化合物，即ATP。
二、ATP的生成及意義
動物體內的各種能源物質氧化分解釋放的能量，必須轉化為ATP形式才能被機體利用。ATP的生成是通過磷酸化作用生成，其方式在動物體內有兩種，即底物水平磷酸化和氧化磷酸化。
1.底物水平磷酸化
底物水平磷酸化是指在物質代謝過程中，由於脫氫或脫水氧化使得分子內部的能量重新排布和集中，從而生成了含某些高能磷酸鍵或高能硫酯鍵的高能化合物。在酶的作用下，高能化合物將高能鍵轉移給ADP（GDP），從而使其磷酸化生成ATP（GTP）的過程。底物水平磷酸化是機體獲能的一種方式，它與氧的存在與否無關。
2.氧化磷酸化
代謝物脫下的氫經呼吸鏈傳遞給氧生成水，傳遞過程釋放出的能量使ADP磷酸化生成ATP，這種氧化過程與磷酸化過程相偶聯的反應稱氧化磷酸化。氧化磷酸化是生物體合成ATP的主要方式。
（1）氧化磷酸化的偶聯部位和P／O比
呼吸鏈中的氧化是放能過程，ADP的磷酸化是吸能過程，兩者缺一不可並偶聯起來才能形成ATP。電子在呼吸鏈中按順序逐步傳遞，同時釋放自由能，其中釋放自由能較多足以用來形成ATP的電子傳遞部位稱為偶聯部位。
氧化磷酸化的偶聯過程生成的ATP數量，常通過測定P／O比值，或測定傳遞鏈上電子經相鄰傳遞體傳遞時的自由能降低來估算的。所謂P／O比是指當底物進行氧化時，每消耗1mol氧原子生成水，ADP磷酸化時消耗無機磷的摩爾數。根據無機磷的消耗量可間接測出ATP的生成量。實驗測得NADH呼吸鏈的P／O比值為3∶1，即每消耗1mol氧原子可形成3mol的ATP；而FADH2呼吸鏈的P／O比值為2∶1，即每消耗1mol氧原子可形成2mol的ATP。