Кіріспе
Фосфат мономерлік бірліктерден түзілген қосылыстар. Полифосфат – тетраэдрлі PO4 (фосфат) құрылымдық бірліктерінен құралған, оттегі атомдарын бөлісу арқылы байланысқан полимерлік оксианиондардың тұзы немесе эфирі. Полифосфаттар сызықтық немесе циклдік (сақиналық деп те аталады) құрылымдар түзе алады. Биологияда полифосфат эфирлері АДФ және АТФ энергияны сақтауда қатысады. Полифосфаттардың түрлі нұсқалары қалалық суларда минералдық заттарды байланыстыру үшін қолданылады, әдетте 1-ден 5 ppm дейін мөлшерде кездеседі. GTP, CTP және UTP де ақуыз синтезі, липид синтезі және көмірсулар метаболизмі үшін маңызды нуклеотидтер болып табылады. Полифосфаттар E452 таңбасымен белгіленген тағамдық қоспалар ретінде де қолданылады.
A polyphosphate is a salt or ester of polymeric oxyanions formed from tetrahedral PO4 (phosphate) structural units linked together by sharing oxygen atoms. Polyphosphates can adopt linear or a cyclic (also called, ring) structures. In biology, the polyphosphate esters ADP and ATP are involved in energy storage. A variety of polyphosphates find application in mineral sequestration in municipal waters, generally being present at 1 to 5 ppm. GTP, CTP, and UTP are also nucleotides important in the protein synthesis, lipid synthesis, and carbohydrate metabolism, respectively. Polyphosphates are also used as food additives, marked E452.
Құрылымы
Триполифосфор қышқылының құрылымы полифосфаттардың құрылымын анықтайтын қағидаларды көрсетеді. Ол үш төртбұрышты PO4 бірлігінен тұрады, олар ортақ оттек орталықтары арқылы байланысқан. Сызықты тізбектердегі соңғы фосфор топтары бір оксидті бөліседі, ал қалған фосфор орталықтары екі оксидті бөліседі. Тиісті фосфаттар қышқылдардан қышқыл протондарын жоғалту арқылы алынады. Циклді тримерде әр төртбұрыш көрші төртбұрыштармен екі төбесін бөліседі. Үш бұрышты бөлісу мүмкін. Бұл мотив сызықты полимердің байланысын көрсетеді. Байланысқан полифосфаттар Phyllosilicates сияқты қабатты құрылымды қабылдайды, бірақ мұндай құрылымдар тек қана ерекше жағдайларда ғана пайда болады.
Қышқылдық-негіздік және комплекстік қасиеттері
Полифосфаттар әлсіз негіздер болып табылады. Оттегі атомындағы бос электрон жұбы сутегі ионына (протонға) немесе металл ионына Льюис қышқылы мен Льюис негізінің әрекеттесуі арқылы берілуі мүмкін. Бұл биологияда маңызды рөл атқарады. Мысалы, аденозин трифосфаты 7 рН-дегі сулы ерітіндіде шамамен 25% протонды болады. ATP4− + H+ ⇌ ATPH3−, pKa 6.6. Төменгі рН мәндерінде қосымша протонға түсу жүреді.
Further protonation occurs at lower pH values.
Жоғары полимерлі органикалық полифосфаттар
Молекулалық салмағы жоғары полифосфаттар жақсы белгілі. Олардың бір түрі – шыны тәрізді (яғни, аморфты) Грэм тұзы. Кристалдық жоғары молекулалық салмақты полифосфаттарға Куррол тұзы және Мадрелл тұзы (суда іс жүзінде ерімейтін ақ ұнтақ) жатады. Бұл қосылыстардың формуласы [NaPO3]n[NaPO3(OH)]2, мұнда n 2000-ға дейін жете алады. Құрылымы тұрғысынан, бұл полимерлер PO3− "мономерлерінен" тұрады, ал тізбектер протондалған фосфаттармен аяқталады.
Табиғатта
Жоғары полимерлі бейорганикалық полифосфаттарды 1890 жылы Л. Либерман тірі организмдерде тапты. Бұл қосылыстар энергияға толы фосфоангидридтік байланыстармен байланысқан бірнешеден жүздерше ортофосфат қалдықтарын қамтитын сызықты полимерлер болып табылады. Бұрын, олар «молекулалық қазба» ретінде немесе экстремалды жағдайларда микроорганизмдердің тірі қалуын қамтамасыз ететін фосфор мен энергияның ғана көзі ретінде қарастырылды. Қазір бұл қосылыстар реттеуші рөл атқаратыны және тірі организмдердің барлық патшалықтарында кездесетіні, метаболизмді түзетуге және генетикалық және ферменттік деңгейде бақылауға қатысатыны белгілі болды. Полифосфат бактериялардың экспоненциалды өсу кезеңіне тән генетикалық бағдарламаны стационарлық жағдайға, «баяу жылдамдықпен өмір сүруге» ауыстыруға тікелей қатысады. Олар бактерияларда жүретін көптеген реттеуші механизмдерге қатысады: стационарлық өсу фазасына және көптеген стресс факторларына бейімделуге қатысатын гендердің үлкен тобының экспрессиясына жауапты RpoS РНК полимераза суббірлігін индукциялауға қатысады. Олар жасушалардың қозғалғыштығы, биоқабықшалардың қалыптасуы және вируленттілік үшін маңызды. Полифосфаттар және экзополифосфатазалар бактериялық жасушалардағы екінші хабаршы – гуанозин 5’ дифосфат 3’ дифосфат (ppGpp) деңгейін реттеуге қатысады. Полифосфаттар тірі жасуша мембраналарында каналдардың түзілуіне қатысады. Полифосфат және поли-β-гидроксибутират Ca2+ құрамындағы жоғарыда аталған каналдар әртүрлі организмдердегі тасымалдау процестеріне қатысады. Микроорганизмдердегі полифосфаттың маңызды функциясы – прокариоттар мен төменгі эукариоттарда фосфат пен энергия резервтерін қамтамасыз ету арқылы қоршаған ортаның өзгеруімен күресу болып табылады. Полифосфаттар жануарлар жасушаларында кездеседі және олардың даму, жасушалық көбею және дифференциация кезіндегі реттеу процестеріне қатысуы туралы көптеген деректер бар, әсіресе сүйек тіндері мен мида. Адамдарда полифосфаттар қан ұюында маңызды рөл атқарады. Тромбоциттермен өндіріліп, бөлінетін олар XII қан ұю факторын белсендіреді, ол қан ұюы үшін маңызды. Хадгеман факторы деп те аталатын ХІІ фактор фибриннің қалыптасуын және қан тамырларынан сұйықтық шығуына және тромбозға ықпал ететін, қабынуды күшейтетін брадикининнің пайда болуын бастайды. Бактериялық полифосфаттар инфекция кезінде иегердің иммундық жауабын әлсіретеді және рекомбинантты экзополифосфатазамен полифосфаттарды бағыттау тышқандарда сепсистен аман қалуды жақсартады. Бейорганикалық полифосфаттар ашытқы жасушаларының улы ауыр металл катиондарына төзімділігінде маңызды рөл атқарады.
They participate in the induction of rpoS, an RNA polymerase subunit which is responsible for the expression of a large group of genes involved in adjustments to the stationary growth phase and many stressful agents. They are important for cell motility, biofilms formation and virulence. Polyphosphates and exopolyphosphatases participate in the regulation of the levels of the stringent response factor, guanosine 5' diphosphate 3' diphosphate (ppGpp), a second messenger in bacterial cells. Polyphosphates participate in the formation of channels across the living cell membranes. The above channels formed by polyphosphate and poly b hydroxybutyrate with Ca2+ are involved in the transport processes in a variety of organisms. An important function of polyphosphate in microorganisms—prokaryotes and the lower eukaryotes—is to handle changing environmental conditions by providing phosphate and energy reserves. Polyphosphates are present in animal cells, and there are many data on its participation in the regulatory processes during development and cellular proliferation and differentiation—especially in bone tissues and brain. In humans polyphosphates are shown to play a key role in blood coagulation. Produced and released by platelets they activate blood coagulation factor XII which is essential for blood clot formation. Factor XII, also called Hageman factor, initiates fibrin formation and the generation of a proinflammatory mediator, bradykinin, that contributes to leakage from the blood vessels and thrombosis. Bacterial derived polyphosphates impair the host immune response during infection and targeting polyphosphates with recombinant exopolyphosphatase improves sepsis survival in mice. Inorganic polyphosphates play a crucial role in tolerance of yeast cells to toxic heavy metal cations.
Тамақ қоспасы ретінде пайдалану
Натрий полифосфаты (E452(i)), калий полифосфаты (E452(ii)), натрий-кальций полифосфаты (E452(iii)) және кальций полифосфаты (E452(iv)) тағамдық қоспалар ретінде қолданылады (эмульгаторлар, ылғал сақтағыштар, келісуші заттар, тұрақтандырғыштар және қоюлатушылар). Олар басқа фосфат көздеріне (соның ішінде тағамдарда табиғи түрде кездесетіндерге) тән қауіптен басқа денсаулыққа қауіп төндіретіні белгілі емес. Сүйектерге және жүрек-қан тамырлары ауруларына зиянды әсері, сондай-ақ гиперфосфатемия туралы алаңдаушылықтар туындаса да, олар фосфат көздерін шектен тыс пайдаланумен байланысты сияқты. Барлығы ескерілгенде, орташа мөлшерде қолдану (күніне дене салмағының әр килограмына 40 мг-ға дейін фосфат) денсаулыққа қауіп келтірмейді.