Polifosfat

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu

Polifosfati su soli ili estri polimernih oksianiona koji su formirani od tetraedarskog PO4 fosfata, strukturne jedinice koja je skupa vezana za zajednički atom kisika. Polifosfati mogu imati linearnu ili prstenastu strukturu. U biološkim procesima i supstancama, polifosfatni estri adenozin-difosfat (ADP) i ATP uključeni su u skladišzrnje energije. Mnoštvo polifosfata ima primjenu u mineralnim sekvestracijama komunalnih voda, uglavnom u količinama 1 do 5 ppm.[1]GTP, CTP i UTP su također važni nukleotidi u sintezi proteina, i lipida, kao i metabolizmu ugljikohidrata.

Struktura[uredi - уреди | uredi izvor]

Struktura tripolifosforne kiseline ilustrira načela koja definiraju strukture polifosfata. Sastoji se od tri tetraedne PO4 jedinice povezane zajedno dijeleći kisikov centar. Za linearne lance, fosforna grupa kraja ima jedan zajednički oksid, a ostali fosfori u centrima dijele dva oksidna centra. Odgovarajući fosfati se pretvaraju u kiseline gubitkom kiselih protona. U slučaju cikličnih trimera, svaki tetraedar dijeli dva čvora sa susjednim tetraedrom.

Postoje tri zajednička moguča ugla. Ovaj motiv predstavlja umrežavanje linearnog polimera. Umreženi polifosfati imaju listnatu strukture filosilikata, ali takve strukture javljaju se samo u ekstremnim uvjetima.

Formiranje i sinteza[uredi - уреди | uredi izvor]

Polifosfati nastaju polimerizacijom izvedenica fosforne kiseline. Proces počinje sa dvije fosfatne jedinice denzacijsku reakcijukoje ulaze u zajedničku kondenzacijsku reakciju:

2 HPO42− P2O74− + H2O

Kondenzacija prikazana je kao ravnotežna zato što je također moguća povratna reakcija, hidroliza. Proces može se nastaviti postepeno: u svakom koraku, na lanac dodaje se naredna jedinica PO3, kao što je označeno u zagradama u ilustraciji polifosforne kiseline. P4O10vidi se kao krajnji proizvod kondenzacijskih reakcija, gdje svaki tetraedar ima tri zajednička ugla sa ostalima. Nasuprot tome, složena mješavina polimera nastaje kada se fosfor-pentoksidu dodaje mala količina vode.

Kiselinsko-bazna i kompleksacijska svojstva[uredi - уреди | uredi izvor]

Polifosfati su slabe baze. Usamljeni par elektrona na atomu kisika može biti doniran u ion vodika (proton) ili metalni ion u tipskim interakcijama Lewisovim kiseline - Lewisove baze. To ima duboko značenje u biologiji. Naprimjer, oko 25% adenozin-trifosfata je protonirano u vodenoj otopini pri pH 7.[2]

ATP4− + H+ ATPH3−, pKa 6.6

Dalje protonacije javljaju se na nižim pH vrijednostima.

"Visokoenegetska" fosfatna veza[uredi - уреди | uredi izvor]

ATP formira helatni komplekse sa metalnim ionima. konstanta stabilnosti za ravnotežu

ATP4− + Mg2+ MgATP2−, log β 4

posebno je velika.[3] Formiranje kompleksa magnezija je ključni element u procesu hidrolize ATP, jer slabi vezu između terminalne fosfatne grupe i ostatka molekule.[2][4] Po biološkim standardima, otpuštena energija u hidrolizi ATP,

ATP4− + H2O → ADP3− + Pi

na ΔG –36,8 kJ mol−1 je velika. Pi je lanac neorganskih fosfata, koji je protoniziran pri biološkom pH. Međutim, po neorganskim standardima, velik je. Termin "visokoenergetski" odnosi se na činjenicu da su relativno visoki za iznose energije koja se oslobađa u reakcijama organske hrmija koje se dešavaju u živim sistemima.

Visokopolimerni neorganski polifosfati[uredi - уреди | uredi izvor]

Dobro su poznati polifosfati sa visokom molekulskom masom. Među takvim derivatima su jstaklasti, tj. amorfna Grahamov so. Kristalni polifosfati visoke molekularne težine uključuju Kurrolovu i Maddrellovu so.

Takve vrste imaju formulu [NaPO3]n[NaPO3(OH)]2, gdje n može biti veći od 2000. U smislu njihove strukture, ovi polimeri sastoje se od PO3 "monomera", sa lancima koji se završavaju protoniziranim fosfatima.[5]

Prirodni polifosfati[uredi - уреди | uredi izvor]

L. Liberman, 1890., visoko polimerne anorganske polifosfate nije pronašao u živim organizmima. Ovi spojevi su linearni polimeri koji sadrže nekoliko do nekoliko stotina ortofosfornih ostataka povezanih energetski bogatim fosfoanhidridnim vezama. Ranije, ovi spojevi smatrali su se ili "molekularnim fosilima" ili kao samo fosfor i izvor energije za preživljavanje mikroorganizama pod ekstremnim uvjetima. Za njih se sada zna da imaju i regulatorne uloge i da se nalaze u predstavnicima svih carstava živih organizama, gdje učestvuju u metaboličkim korekcijama i kontroli i genetičkih i enzimskih razina. Polifosfati su direktno uključeni u prebacivanje preko genetičkog programa karakteristika eksponencijalne faze rasta bakterija u programu opstanka ćelije pod stacionarnim uvjetima, "života u sporoj liniji". Oni učestvuju u mnogim regulatornim mehanizama bakterija:

  • Učestvuju u indukciji rpoS, RNK-polimerazne podjedinice koja je odgovorna za ispoljavanje velike grupe gena uključenih u korekcije stacionarne faze rasta i mnogih stresnih agenasa.
  • Važni su za mobilnu pokretljivost, formiranje biofilma i virulencije.
  • Polifosfati i eksopolifosfataza učestvuju u regulaciji nivoa faktora snažnih odgovora, gvanozin 5'-difosfat 3'-difosfat (ppGpp), koji je drugi glasnik u bakterijskim ćelijama.
  • Polifosfati učestvuju u formiranju kanala preko žive ćelijske membrane. Navedeni kanali koji formiraju polifosfat i poli-B-hidroksibutirat sa Ca2+ uključeni su u procese transporta u različitim organizmima.
  • Važna funkcija polifosfata u mikroorganizmima i prokariotskim — i nižim skim organizmima— je pogodnoa za upravljanje promjenama u okolišnim uvjetima pružajući fosfate i energetske rezerve. Polifosfata su prisutni u životinjskim ćelijama, a tu su i mnogi podaci o njihovom učešću u regulatornim procesima tokom razvoja i mobilnih proliferacija i diferencijacija —posebno u koštanim tkivima i mozgu.

Kod ljudi, pokazalo se da polifosfati imaju ključnu ulogu u koagulacije krvi, a u produkciji trombocita[6] oni aktiviraju faktor XII koji je neophodna za formiranje krvnih ugrušaka. Osim toga, polifosfati izvedeni iz trombocita aktiviraju faktora XII (Hageman faktor) zgrušavanja krvi koji inicira formiranje fibrin i stvaranje jednog od proinflamatornih posrednika, bradikinina koji doprinosi curenju iz krvnih sudova i tromboza.[7][8]

Neorganski polifosfati imaju ključnu ulogu u toleranciji ćelija kvasca za toksičnost teških metalnih kationa.[9]

Također pogledajte[uredi - уреди | uredi izvor]

Reference[uredi - уреди | uredi izvor]

  1. http://www.jacksmagic.com/pdfs/FAQ_phosphates.pdf
  2. 2,0 2,1 Storer A, Cornish-Bowden A (1976). "Concentration of MgATP2- and other ions in solution. Calculation of the true concentrations of species present in mixtures of associating ions". Biochem J 159 (1): 1–5. PMC 1164030. PMID 11772. 
  3. Wilson J, Chin A (1991). "Chelation of divalent cations by ATP, studied by titration calorimetry". Anal Biochem 193 (1): 16–9. PMID 1645933. doi:10.1016/0003-2697(91)90036-S. 
  4. Garfinkel L, Altschuld R, Garfinkel D (1986). "Magnesium in cardiac energy metabolism". J Mol Cell Cardiol 18 (10): 1003–13. PMID 3537318. doi:10.1016/S0022-2828(86)80289-9. 
  5. Klaus Schrödter, Gerhard Bettermann, Thomas Staffel, Friedrich Wahl, Thomas Klein, Thomas Hofmann "Phosphoric Acid and Phosphates" in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2008, Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a19_465.pub3
  6. Ruiz FA, Lea CR, Oldfield E, Docampo R (2004). "Human platelet dense granules contain polyphosphate and are similar to acidocalcisomes of bacteria and unicellular eukaryotes". J Biol Chem 279 (43): 44250–7. PMID 15308650. doi:10.1074/jbc.M406261200. 
  7. Müller F, Mutch NJ, Schenk WA, Smith SA, Esterl L, Spronk HM, Schmidbauer S, Gahl WA, Morrissey JH, Renné T (2009). "Platelet polyphosphates are proinflammatory and procoagulant mediators in vivo". Cell 139 (6): 1143–56. PMC 2796262. PMID 20005807. doi:10.1016/j.cell.2009.11.001. 
  8. "Newly discovered mechanism by which blood clots form". physorg.com. December 10, 2009. http://www.physorg.com/news179673245.html. pristupljeno 13 December 2009. 
  9. Andreeva N, Ryazanova L, Dmitriev V, Kulakovskaya T, Kulaev I (2013). "Adaptation of Saccharomyces cerevisiae to toxic manganese concentration triggers changes in inorganic polyphosphates.". FEMS Yeast Res 13 (5): 463–470. PMID 23663411. doi:10.1111/1567-1364.12049. 

Vanjski linkovi[uredi - уреди | uredi izvor]