بيروفوسفات

الموسوعة الحرة

في الكيمياء ، البيروفوسفات هي أنيونات أكسجينية للفوسفور تحتوي على ذرتي فوسفور مرتبطتين برابطة P−O−P . توجد عدة أملاح للبيروفوسفات، منها بيروفوسفات ثنائي الصوديوم ( Na₂H₂P₂O₇ ) وبيروفوسفات رباعي الصوديوم ( Na₄P₂O₇ ) . يُطلق على البيروفوسفات غالبًا اسم ثنائي الفوسفات . تُشتق البيروفوسفات الأصلية من التعادل الجزئي أو الكامل لحمض البيروفوسفوريك . يُشار أحيانًا إلى رابطة البيروفوسفات برابطة فوسفوأنهيدريد ، وهي تسمية تُبرز فقدان الماء الذي يحدث عند تكوين رابطة P−O−P جديدة بين ذرتي فوسفات ، وتُحاكي تسمية أنهيدريدات الأحماض الكربوكسيلية . توجد البيروفوسفات في الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) وثلاثي فوسفات النيوكليوتيدات الأخرى ، وهي مهمة في الكيمياء الحيوية. يُطلق مصطلح بيروفوسفات أيضاً على الإسترات المتكونة من تكثيف مركب بيولوجي مُفسفر مع فوسفات غير عضوي ، كما هو الحال في بيروفوسفات ثنائي ميثيل أليل . وتُعرف هذه الرابطة أيضاً برابطة فوسفات عالية الطاقة .

حموضة

حمض البيروفوسفوريك هو حمض رباعي البروتونات، وله أربعة قيم pKa مميزة : [ 1 ]

H₄P₂O₇ ⇌ H₃P₂O₇⁻ + H⁺​​​​​​​​​​ pKa1 = 0.85​
H₃P₂O₇ ⇌ H₂P₂O₂₋₇ + H⁺​​​​​​​​​​​pKa2 = 1.96​
H₂P₂O₂⁻ ⇌ HP₂O₃⁻ + H⁺​​​​​​​​​pKa3 = 6.60​
HP 2 O 3− 7 ⇌ P 2 O 4− 7 + H +pKa4 = 9.41​

تتواجد قيم pKa ضمن نطاقين متميزين لأن نزع البروتونات يحدث على مجموعات فوسفات منفصلة. وللمقارنة، فإن قيم pKa لحمض الفوسفوريك هي 2.14 و7.20 و12.37.

عند درجات الحموضة الفسيولوجية ، يوجد البيروفوسفات كمزيج من الأشكال المبرتنة بشكل مزدوج وأحادي.

تحضير

يتم تحضير بيروفوسفات ثنائي الصوديوم عن طريق التكثيف الحراري لفوسفات ثنائي هيدروجين الصوديوم أو عن طريق نزع البروتون الجزئي لحمض البيروفوسفوريك. [ 2 ]

تكون البيروفوسفات عادةً بيضاء أو عديمة اللون. أملاح المعادن القلوية قابلة للذوبان في الماء. [ 3 ] وهي عوامل معقدة جيدة لأيونات المعادن (مثل الكالسيوم والعديد من المعادن الانتقالية) ولها استخدامات عديدة في الكيمياء الصناعية. البيروفوسفات هو أول مركب في سلسلة كاملة من متعددات الفوسفات . [ 4 ]

الكيمياء الحيوية

يُختصر الأنيون P2O4−7 إلى PPi ، وهو اختصار لـ i - organic pyrophosphate . ويتكون هذا الأنيون من خلال تحلل ATP إلى AMP في الخلايا .

ATP → AMP + PP i

على سبيل المثال، عندما يُدمج نيوكليوتيد في سلسلة DNA أو RNA نامية بواسطة بوليميراز ، يتم إطلاق بيروفوسفات (PPi ) . يُعدّ تحلل البيروفوسفات عكس تفاعل البلمرة ، حيث يتفاعل البيروفوسفات مع 3′-نوكليوزيد أحادي الفوسفات ( NMP أو dNMP)، والذي يُزال من قليل النوكليوتيدات لإطلاق ثلاثي الفوسفات المقابل ( dNTP من DNA، أو NTP من RNA).

أيون البيروفوسفات له الصيغة P₂O₄⁻⁷ وهو أنهيدريد حمضي للفوسفات . وهو غير مستقر في المحلول المائي ويتحلل مائياً إلى فوسفات غير عضوي .

ف 2 O 4− 7 + H 2 O → 2 H PO 2− 4

أو بالاختصار الذي يستخدمه علماء الأحياء:

PP i + H 2 O → 2 P i + 2 H +

في غياب التحفيز الإنزيمي، تسير تفاعلات التحلل المائي للفوسفات المتعدد البسيط مثل البيروفوسفات، والفوسفات الثلاثي الخطي، و ADP ، وATP ببطء شديد في جميع الأوساط باستثناء الأوساط شديدة الحموضة. [ 5 ]

(العكس لهذا التفاعل هو طريقة لتحضير البيروفوسفات عن طريق تسخين الفوسفات.)

يؤدي هذا التحلل المائي إلى الفوسفات غير العضوي بشكل فعال إلى جعل انقسام ATP إلى AMP و PP i غير قابل للعكس ، كما أن التفاعلات الكيميائية الحيوية المرتبطة بهذا التحلل المائي غير قابلة للعكس أيضًا.

من وجهة نظر حساب الفوسفات عالي الطاقة ، فإن تحلل ATP إلى AMP و PP i يتطلب اثنين من الفوسفات عالي الطاقة، حيث أن إعادة تكوين AMP إلى ATP يتطلب تفاعلي فسفرة .

AMP + ATP → 2 ADP
2 ADP + 2 Pi → 2 ATP

يتراوح تركيز البيروفوسفات غير العضوي في البلازما ضمن النطاق المرجعي من 0.58 إلى 3.78 ميكرومول (فترة التنبؤ بنسبة 95%). [ 6 ] 

التربينات

يتحول بيروفوسفات إيزوبنتينيل إلى بيروفوسفات جيرانيل ، وهو المركب الأولي لعشرات الآلاف من التربينات والتربينويدات . [ 7 ] [ 8 ]

يتكثف كل من إيزوبنتينيل بيروفوسفات (IPP) وثنائي ميثيل أليل بيروفوسفات (DMAPP) لإنتاج جيرانيل بيروفوسفات ، وهو المادة الأولية لجميع التربينات والتربينويدات.

الدور الفسيولوجي

مثبط ترسيب هيدروكسي أباتيت

يُعدّ PP i مثبطًا هامًا لترسيب هيدروكسي أباتيت الموجود في السائل خارج الخلوي (ECF) (بما في ذلك بلازما الدم ، [ 9 ] والسائل الزلالي ، والبول . [ 10 ] ). ويكون السائل خارج الخلوي مشبعًا فوق الحد بأيونات الكالسيوم (Ca2 +) والفوسفات ( PO3−4 ) ، أي أن تركيز هذه الأيونات يتجاوز بكثير الحد الذي تبدأ عنده بلورات هيدروكسي أباتيت بالترسب من المحلول (وهي حالة مرضية تُعرف بالتكلس النقيلي ). [ 9 ]

أنظمة

تُنظَّم مستويات PP i بواسطة ثلاثة جزيئات على الأقل، أبرزها الفوسفاتاز القلوي غير النوعي للأنسجة (TNAP) الذي تفرزه الخلايا العظمية البانية موضعيًا في النسيج العظمي غير المتكلس لتحليل PP i، مما يسمح باستمرار تمعدن العظام أثناء نموها أو إعادة تشكيلها . ويؤدي النقص الخلقي في TNAP في النماذج الحيوانية إلى ذرية ذات عظام لينة وغير متكلسة بشكل كافٍ. [ 9 ]

تفرز الخلايا العظمية أيضًا إنزيم فوسفودايستراز 1 (NPP1) الذي يحفز إنتاج PPi خارج الخلية، وبروتين التصلب التدريجي (ANK) الذي يعزز نقل PPi خارج الخلايا. يؤدي نقص NPP1 وANK إلى انخفاض تركيز PPi خارج الخلية ، ويرتبط سريريًا بتكلس العظام النقيلي والتكلس المفرط للعظام (الذي يظهر سريريًا، على سبيل المثال، على شكل نتوءات عظمية ). [ 9 ]

بحث

قد تقوم الخلايا بتوجيه PPi داخل الخلايا إلى السائل خارج الخلوي. [ 11 ] يُعد ANK قناة PPi غير إنزيمية في غشاء البلازما، تدعم مستويات PPi خارج الخلية. [ 11 ] يرتبط خلل وظيفة قناة PPi الغشائية ANK بانخفاض PPi خارج الخلية وارتفاعه داخلها . [ 10 ] قد يعمل إنزيم بيروفوسفاتاز/فوسفودايستراز النيوكليوتيد الخارجي ( ENPP) على رفع مستوى PPi خارج الخلية . [ 11 ]

كمادة مضافة غذائية

تُستخدم أنواع مختلفة من ثنائي الفوسفات كمستحلبات ، ومثبتات ، ومنظمات حموضة ، وعوامل رفع ، وعوامل عزل ، وعوامل احتفاظ بالماء في صناعة الأغذية. [ 12 ] وهي مصنفة ضمن نظام الترقيم E تحت الرمز E450: [ 13 ]

على وجه الخصوص، تُستخدم تركيبات مختلفة من ثنائي الفوسفات لتثبيت الكريمة المخفوقة . [ 14 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ياداف، بريرنا؛ بلاك، أوليفييه؛ رودت، أندرياس؛ زيلدر، فيليكس (2021). "الاستشعار القائم على النشاط المُحفَّز: دراسة آلية للكشف عن البيروفوسفات باستخدام مُركَّب حديد-سالين "مرن" . حدود الكيمياء غير العضوية . 8 (19): 4313-4323 . doi : 10.1039/d1qi00209k . PMC 8477187. PMID 34603734 .  
  2. ↑ بيل، آر إن (1950). "بيروفوسفات الصوديوم (ثنائي فوسفات الصوديوم)". التخليق غير العضوي . المجلد 3. الصفحات 98-101 . doi : 10.1002/9780470132340.ch24 . ISBN   9780470132340.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  3. ↑ سي. مايكل هوجان. 2011. الفوسفات . موسوعة الأرض. محرر الموضوع: آندي يورجنسن. رئيس التحرير: سي جيه كليفلاند. المجلس الوطني للعلوم والبيئة. واشنطن العاصمة
  4. ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN  978-0-08-037941-8.
  5. ↑ فان وازر جيه آر، غريفيث إي جيه، مكولوغ جيه إف (يناير 1955). "بنية وخواص الفوسفات المكثفة. السابع. التحلل المائي للبيروفوسفات والتريبوليفوسفات". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية 77 (2): 287-291 . Bibcode : 1955JAChS..77..287V . doi : 10.1021/ja01607a011 .
  6. ↑ رايان إل إم، كوزين إف، مكارتي دي جيه (1979). "قياس كمية بيروفوسفات الكالسيوم غير العضوي في بلازما الدم البشري. 1. القيم الطبيعية في التهاب المفاصل العظمي ومرض ترسب بلورات ثنائي هيدرات بيروفوسفات الكالسيوم". التهاب المفاصل والروماتيزم . 22 (8): 886-91 . doi : 10.1002/art.1780220812 . PMID 223577 . 
  7. ^ إيبرهارد بريتماير (2006). "هيمي ومونوتربين". تربينات: النكهات، العطور، فارماكا، الفيرومونات . ص 10 – 23. دوى : 10.1002/9783527609949.ch2 . رقم ISBN  9783527609949.
  8. ↑ سيل، تشارلز س. (2006). "التربينويدات". موسوعة كيرك-أوتمير للتكنولوجيا الكيميائية . doi : 10.1002/0471238961.2005181602120504.a01.pub2 . ISBN 0471238961.
  9. 1 2 3 4 هول، جون إي.؛ هول، مايكل إي. (2021). "الفصل 55 - وظائف الحبل الشوكي الحركية؛ ردود فعل الحبل". كتاب جايتون وهول في علم وظائف الأعضاء الطبية ( الطبعة الرابعة عشرة). فيلادلفيا، بنسلفانيا: إلسيفير. الصفحات 994-995 . ISBN   978-0-323-59712-8.
  10. 1 2 هو إيه إم، جونسون إم دي، كينغسلي دي إم (يوليو 2000). "دور جين ank في الفئران في التحكم بتكلس الأنسجة والتهاب المفاصل". مجلة ساينس . 289 (5477): 265-270 . Bibcode : 2000Sci...289..265H . doi : 10.1126/science.289.5477.265 . PMID 10894769 . 
  11. 1 2 3 روتش ف، فاينجانكار س، جونسون ك، غولدفاين إ، مادكس ب، شاويرت ب، كالهوف هـ، سانو ك، بويسفيرت و.أ، سوبرتي-فورغا أ، تيركيلتاوب ر (فبراير 2001). "نقص إنزيم بيروفوسفوهيدرولاز ثلاثي فوسفات النوكليوزيد PC-1 في التكلس الشرياني مجهول السبب لدى الرضع" . المجلة الأمريكية لعلم الأمراض . 158 (2): 543-554 . doi : 10.1016/S0002-9440(10)63996-X . PMC 1850320. PMID 11159191 .  
  12. ↑ المخطوطة الغذائية 1أ ، الطبعة الثانية، 1995، الصفحات 71، 82، 91
  13. ↑ دي جي جوكس، تشريعات الغذاء في المملكة المتحدة: دليل موجز ، إلسيفير، 2013، ص 60-61
  14. ↑ ريكاردو أ. مولينز، الفوسفات في الغذاء ، ص 115

للمزيد من القراءة

  • شرودر إتش سي، كورتز إل، مولر دبليو إي، لورنز بي (مارس 2000). "متعدد الفوسفات في العظام" (ملف PDF) . الكيمياء الحيوية (موسكو) . 65 (3): 296-303 . PMID 10739471. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 25 أغسطس 2011.