stringtranslate.com

Пирофосфат

В химии пирофосфаты представляют собой оксианионы фосфора , которые содержат два атома фосфора в связи P− O −P . Существует ряд солей пирофосфата, таких как динатрийпирофосфат ( Na2H2P2O7 ) и тетранатрийпирофосфат ( Na4P2O7 ) , среди прочих. Часто пирофосфаты называют дифосфатами . Родительские пирофосфаты получаются путем частичной или полной нейтрализации пирофосфорной кислоты . Пирофосфатную связь также иногда называют фосфоангидридной связью, соглашение об именовании , которое подчеркивает потерю воды, которая происходит, когда два фосфата образуют новую связь P −O−P , и которое отражает номенклатуру ангидридов карбоновых кислот . Пирофосфаты встречаются в АТФ и других нуклеотидтрифосфатах , которые важны в биохимии. Термин пирофосфат также является названием эфиров, образованных путем конденсации фосфорилированного биологического соединения с неорганическим фосфатом , как для диметилаллилпирофосфата . Эту связь также называют высокоэнергетической фосфатной связью.

Кислотность

Пирофосфорная кислота — это тетрапротонная кислота с четырьмя различными pK a : [ 1]

H4P2O7 ⇌ [ H3P2O7 ] − + H + , pKa1 = 0,85​​​​​​​
[H 3 P 2 O 7 ] − ⇌ [H 2 P 2 O 7 ] 2− + H + , p K a2 = 1,96
[H 2 P 2 O 7 ] 2− ⇌ [HP 2 O 7 ] 3− + H + , p K a3 = 6,60
[HP 2 O 7 ] 3− ⇌ [P 2 O 7 ] 4− + H + , p K a4 = 9,41

Значения pKa встречаются в двух различных диапазонах, поскольку депротонирование происходит на отдельных фосфатных группах. Для сравнения, значения p K a для фосфорной кислоты составляют 2,14, 7,20 и 12,37.

При физиологических значениях pH пирофосфат существует в виде смеси дважды и одинарно протонированных форм.

Подготовка

Пирофосфат динатрия получают термической конденсацией дигидрофосфата натрия или частичной депротонизацией пирофосфорной кислоты. [2]

Пирофосфаты обычно белые или бесцветные. Соли щелочных металлов растворимы в воде. [3] Они являются хорошими комплексообразователями для ионов металлов (таких как кальций и многие переходные металлы) и имеют множество применений в промышленной химии. Пирофосфат является первым членом целой серии полифосфатов . [4]

В биохимии

Анион P 2 O4−7сокращенно PP i , что означает i - органический пирофосфат . Он образуется в результате гидролиза АТФ в АМФ в клетках .

АТФ → АМФ + ПП i

Например, когда нуклеотид включается в растущую цепь ДНК или РНК полимеразой , высвобождается пирофосфат (PP i ). Пирофосфоролиз — это обратная реакция полимеризации , в которой пирофосфат реагирует с 3′-нуклеозидмонофосфатом ( NMP или dNMP), который удаляется из олигонуклеотида, высвобождая соответствующий трифосфат ( dNTP из ДНК или NTP из РНК).

Пирофосфатный анион имеет структуру P 2 O4−7, и является кислым ангидридом фосфата . Он нестабилен в водном растворе и гидролизуется в неорганический фосфат:

П 2 О4−7+ Н2О → 2НРО2−4

или в сокращенной записи биологов:

ПП я + Н 2 О → 2 П я + 2 Н +

При отсутствии ферментативного катализа реакции гидролиза простых полифосфатов, таких как пирофосфат, линейный трифосфат, АДФ и АТФ, обычно протекают крайне медленно во всех средах, кроме сильнокислых. [5]

(Обратным этой реакции является метод получения пирофосфатов путем нагревания фосфатов.)

Этот гидролиз до неорганического фосфата фактически делает необратимым расщепление АТФ до АМФ и ПП , и биохимические реакции , связанные с этим гидролизом, также являются необратимыми.

PP i встречается в синовиальной жидкости , плазме крови и моче в количествах, достаточных для блокирования кальцификации , и может быть естественным ингибитором образования гидроксиапатита во внеклеточной жидкости (ECF). [6] Клетки могут направлять внутриклеточный PP i в ECF. [7] ANK — это неферментативный плазматический мембранный канал PP i , который поддерживает внеклеточные уровни PP i . [7] Дефектная функция мембранного канала PP i ANK связана с низким внеклеточным PP i и повышенным внутриклеточным PP i . [6] Эктонуклеотидпирофосфатаза/фосфодиэстераза (ENPP) может функционировать для повышения внеклеточного PP i . [7]

С точки зрения учета высокоэнергетического фосфата , гидролиз АТФ до АМФ и ПП требует двух высокоэнергетических фосфатов, поскольку для восстановления АМФ в АТФ требуются две реакции фосфорилирования .

АМФ + АТФ → 2 АДФ
2 АДФ + 2 P i → 2 АТФ

Концентрация неорганического пирофосфата в плазме имеет референтный диапазон 0,58–3,78  мкМ (95% интервал прогнозирования). [8]

Терпены

Изопентенилпирофосфат превращается в геранилпирофосфат , предшественник десятков тысяч терпенов и терпеноидов . [9]

Изопентенилпирофосфат (ИПП) и диметилаллилпирофосфат (ДМАПФ) конденсируются с образованием геранилпирофосфата , предшественника всех терпенов и терпеноидов.

В качестве пищевой добавки

Различные дифосфаты используются в качестве эмульгаторов , стабилизаторов , регуляторов кислотности , разрыхлителей , секвестрантов и агентов, удерживающих воду, в пищевой промышленности. [10] Они классифицируются в схеме номеров E под номером E450: [11]

В частности, различные формулы дифосфатов используются для стабилизации взбитых сливок . [12]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ядав, Прерна; Блак, Оливье; Рудт, Андреас; Зелдер, Феликс (2021). «Индуцированное соответствие на основе активности зондирования: механистическое исследование обнаружения пирофосфата с помощью «гибкого» комплекса Fe-salen». Inorganic Chemistry Frontiers . 8 (19): 4313–4323. doi :10.1039/d1qi00209k. PMC  8477187 . PMID  34603734.
  2. ^ Белл, Р. Н. (1950). "Пирофосфаты натрия (дифосфаты натрия)". Неорганические синтезы . Т. 3. С. 98–101. doi :10.1002/9780470132340.ch24. ISBN 9780470132340.
  3. ^ C.Michael Hogan. 2011. Фосфат. Энциклопедия Земли. Тематический редактор. Энди Йоргенсен. Главный редактор CJCleveland. Национальный совет по науке и окружающей среде. Вашингтон, округ Колумбия
  4. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  5. ^ Van Wazer JR, Griffith EJ, McCullough JF (январь 1955 г.). «Структура и свойства конденсированных фосфатов. VII. Гидролитическая деградация пиро- и триполифосфата». J. Am. Chem. Soc . 77 (2): 287–291. doi :10.1021/ja01607a011.
  6. ^ ab Ho AM, Johnson MD, Kingsley DM (июль 2000 г.). «Роль гена ank мыши в контроле кальцификации тканей и артрита». Science . 289 (5477): 265–70. Bibcode :2000Sci...289..265H. doi :10.1126/science.289.5477.265. PMID  10894769.
  7. ^ abc Rutsch F, Vaingankar S, Johnson K, Goldfine I, Maddux B, Schauerte P, Kalhoff H, Sano K, Boisvert WA, Superti-Furga A, Terkeltaub R (февраль 2001 г.). "Дефицит пирофосфогидролазы нуклеозидтрифосфата PC-1 при идиопатической детской артериальной кальцификации". Am J Pathol . 158 (2): 543–54. doi :10.1016/S0002-9440(10)63996-X. PMC 1850320. PMID  11159191 . 
  8. ^ Райан Л. М., Козин Ф., Маккарти Д. Дж. (1979). «Количественное определение неорганического пирофосфата плазмы человека. I. Нормальные значения при остеоартрите и болезни отложения кристаллов дигидрата пирофосфата кальция». Arthritis Rheum . 22 (8): 886–91. doi :10.1002/art.1780220812. PMID  223577.
  9. ^ Эберхард Брейтмайер (2006). «Геми- и монотерпены». Терпены: ароматизаторы, ароматизаторы, фармацевтика, феромоны . стр. 10–23. дои : 10.1002/9783527609949.ch2. ISBN 9783527609949.
  10. ^ Кодекс Алиментариус 1А , 2-е изд., 1995, стр. 71, 82, 91
  11. ^ DJ Jukes, Пищевое законодательство Великобритании: краткое руководство , Elsevier, 2013, стр. 60–61
  12. ^ Рикардо А. Молинс, Фосфаты в пище , стр. 115

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Найдите информацию о дифосфате  или пирофосфате в Викисловаре, бесплатном словаре.