متعدد الفوسفات

البوليفوسفات هو ملح أو إستر لأيونات الأكسجين المتعددة ، يتكون من وحدات بنائية رباعية السطوح من الفوسفات ₍ PO₄ ) مرتبطة ببعضها البعض عبر مشاركة ذرات الأكسجين. يمكن أن تتخذ البوليفوسفات بنى خطية أو حلقية. في علم الأحياء، يشارك إسترا البوليفوسفات ADP و ATP في تخزين الطاقة. تُستخدم أنواع مختلفة من البوليفوسفات في عزل المعادن في المياه البلدية، حيث تتواجد عادةً بتركيز يتراوح بين 1 و 5 جزء في المليون. ^{[ 1 ]} كما تُعد نيوكليوتيدات GTP و CTP و UTP مهمة في تخليق البروتين، وتخليق الدهون، واستقلاب الكربوهيدرات، على التوالي. تُستخدم البوليفوسفات أيضًا كمضافات غذائية ، ويُرمز لها بالرمز E452 .   

• 
  بنية حمض ثلاثي الفوسفوريك
• 
  حمض البوليفوسفوريك
• 
  ثلاثي ميتافوسفات حلقي
• 
  أدينوسين ثنائي الفوسفات (ADP)

يوضح تركيب حمض ثلاثي الفوسفوريك المبادئ التي تحدد هياكل متعددات الفوسفات. يتكون من ثلاث وحدات رباعية الأوجه PO₄ _مرتبطة ببعضها البعض من خلال مشاركة مراكز الأكسجين. في السلاسل الخطية، تشترك مجموعات الفوسفور الطرفية في أكسيد واحد، بينما تشترك مراكز الفوسفور الأخرى في مركزي أكسيد. ترتبط الفوسفات المقابلة بالأحماض عن طريق فقدان البروتونات الحمضية . في حالة الثلاثي الحلقي، يشترك كل رباعي أوجه في رأسين مع رباعيات الأوجه المجاورة.

من الممكن مشاركة ثلاث زوايا. يمثل هذا النمط التشابك البوليمري الخطي. تتخذ متعددات الفوسفات المتشابكة بنية الصفائح السيليكاتية ، لكن هذه البنى لا تحدث إلا في ظل ظروف قاسية.

تنشأ متعددات الفوسفات من خلال بلمرة مشتقات حمض الفوسفوريك. تبدأ العملية بوحدتين من الفوسفات تتحدان معًا في تفاعل تكثيف.

2 H(PO ₄ ) ^{2 −} ⇌ (P ₂ O ₇ ) ^{4 −} + H ₂ O

يُصوَّر التكثيف على أنه حالة اتزان لأن التفاعل العكسي، وهو التحلل المائي ، ممكن أيضًا. قد تستمر العملية على مراحل؛ في كل مرحلة تُضاف وحدة (PO₃)⁻ أخرى _{إلى السلسلة} ، ^كما هو موضح بالجزء بين قوسين في رسم حمض البوليفوسفوريك. يمكن اعتبار _P₄O₁₀ الناتج النهائي لتفاعلات التكثيف، حيث تشترك كل رباعية أوجه بثلاثة أركان مع البقية. في المقابل، ينتج مزيج معقد من البوليمرات عند إضافة كمية صغيرة من الماء إلى خماسي أكسيد الفوسفور .

تُعدّ متعددات الفوسفات قواعد ضعيفة . يمكن لزوج الإلكترونات الحر على ذرة الأكسجين أن يُمنح لأيون الهيدروجين (البروتون) أو لأيون معدني في تفاعل نموذجي بين حمض لويس وقاعدة لويس . لهذا الأمر أهمية بالغة في علم الأحياء. على سبيل المثال، يكون أدينوسين ثلاثي الفوسفات مُبرتَنًا بنسبة 25% تقريبًا في المحلول المائي عند درجة حموضة  7. ^{[ 2 ]}

ATP ⁴⁻ + H ⁺ ⇌ ATPH ³⁻ , pK _a${\displaystyle \approx }$6.6

يحدث المزيد من البروتنة عند  قيم pH منخفضة.

يشكل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) معقدات مخلبية مع أيونات المعادن. ثابت استقرار التوازن

ATP ⁴⁻ + Mg ²⁺ ⇌ MgATP ²⁻ , log β${\displaystyle \approx }$4

كبير الحجم بشكل خاص. ^{[ 3 ]} يُعد تكوين مُركّب المغنيسيوم عنصرًا حاسمًا في عملية تحلل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، حيث يُضعف الرابطة بين مجموعة الفوسفات الطرفية وبقية الجزيء. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

الطاقة المنطلقة في عملية تحلل الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)،

ATP ⁴⁻ + H ₂ O → ADP ³⁻ + _Pi ⁻

عند ΔG${\displaystyle \approx }$-36.8 كيلوجول/مول ^قيمة كبيرة وفقًا للمعايير البيولوجية. يرمز Pi _إلى الفوسفات غير العضوي، وهو مُبرتَن عند درجة الحموضة البيولوجية. مع ذلك، لا تُعتبر هذه القيمة كبيرة وفقًا للمعايير غير العضوية. يشير مصطلح "الطاقة العالية" إلى كونها مرتفعة نسبيًا مقارنةً بكمية الطاقة المنطلقة في التفاعلات الكيميائية العضوية التي يمكن أن تحدث في الأنظمة الحية.

تُعرف متعددات الفوسفات ذات الوزن الجزيئي العالي جيدًا. ^{[ 5 ]} أحد مشتقاتها هو ملح غراهام الزجاجي (أي غير المتبلور) . تشمل متعددات الفوسفات البلورية ذات الوزن الجزيئي العالي ملح كورول وملح مادريل (مسحوق أبيض غير قابل للذوبان عمليًا في الماء). لهذه الأنواع الصيغة [NaPO3 _] n _[ NaPO3 ₍ OH)] ₂ حيث يمكن أن تصل قيمة n إلى 2000. من حيث بنيتها، تتكون هذه البوليمرات من "مونومرات" PO3− ^، _وتنتهي سلاسلها بفوسفات بروتوني. ^{[ 6 ]}

تُستخدم بوليفوسفات الصوديوم (E452(i))، وبوليفوسفات البوتاسيوم (E452(ii))، وبوليفوسفات الصوديوم والكالسيوم (E452(iii))، وبوليفوسفات الكالسيوم (E452(iv)) كمضافات غذائية (مستحلبات، ومرطبات، ومواد رابطة، ومثبتات، ومكثفات). ^{[ 12 ]} ولا يُعرف عنها أنها تُشكل أي مخاطر صحية محتملة بخلاف تلك المنسوبة عمومًا إلى مصادر الفوسفات الأخرى (بما في ذلك تلك الموجودة طبيعيًا في الطعام). وبينما أُثيرت مخاوف بشأن آثارها الضارة على العظام وأمراض القلب والأوعية الدموية، بالإضافة إلى فرط فوسفات الدم ، يبدو أن هذه المخاوف لا تنطبق إلا على الاستهلاك المفرط لمصادر الفوسفات. وبشكل عام، لا يبدو أن الاستهلاك المعقول (حتى 40  ملغ من الفوسفات لكل كيلوغرام من وزن الجسم يوميًا) يُشكل أي خطر على الصحة. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

تُعرف البوليفوسفات اليوم على نطاق واسع بأنها مواد فعالة في مقاومة الحريق، وذلك لقدرتها على تعزيز تكوين طبقة متفحمة ومنع انتشار اللهب. عند تعرضها للحرارة، تتحلل البوليفوسفات لتكوين حمض الفوسفوريك، الذي يُسهّل تكوين طبقة متفحمة واقية على سطح المادة. يُقلل هذا الحاجز من انتقال الحرارة، ويُحدّ من وصول الأكسجين، ويُثبّط انبعاث الغازات القابلة للاشتعال، مما يجعل البوليفوسفات مكونًا أساسيًا في تركيبات مثبطات الحريق الحديثة في مختلف الصناعات، بما في ذلك مركبات البوليمر والمنتجات الخشبية. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

• أحماض الفوسفوريك
• ثلاثي ميتافوسفات الصوديوم
• سداسي ميتافوسفات الصوديوم

• بافلوف إي، غريمبلي سي، دياو سي تي، فرينش آر جيه (سبتمبر 2005). "نمط توصيل عالي لقناة بولي-3-هيدروكسي بوتيرات/كالسيوم/بولي فوسفات معزولة من خلايا الإشريكية القولونية المؤهلة" . رسائل FEBS . 579 (23): 5187-92 . Bibcode : 2005FEBSL.579.5187P . doi : 10.1016/ j.febslet.2005.08.032 . PMID 16150446. S2CID 35616647 .  
• كولاييف، إي.، فاجابوف، ف.، كولاكوفسكايا، ت. (1999). "جوانب جديدة من استقلاب ووظيفة متعدد الفوسفات غير العضوي". مجلة العلوم الحيوية والهندسة الحيوية ، 88 (2): 111-129 . doi : 10.1016/S1389-1723(99)80189-3 . PMID 16232585 . 
• كولاييف، إي.، وكولاكوفسكايا، ت. (2000). "متعدد الفوسفات ومضخة الفوسفات". المجلة السنوية لعلم الأحياء الدقيقة ، 54 : 709-734 . doi : 10.1146/annurev.micro.54.1.709 . PMID 11018142 .