Un polifosfato es una sal o éster de oxianiones poliméricos formados a partir de unidades estructurales tetraédricas de PO 4 ( fosfato ) unidas entre sí compartiendo átomos de oxígeno. Los polifosfatos pueden adoptar estructuras lineales o cíclicas (también llamadas anillos). En biología, los ésteres de polifosfato ADP y ATP participan en el almacenamiento de energía. Una variedad de polifosfatos encuentran aplicación en el secuestro de minerales en aguas municipales, estando generalmente presentes en 1 a 5 ppm. [1] GTP , CTP y UTP también son nucleótidos importantes en la síntesis de proteínas, la síntesis de lípidos y el metabolismo de los carbohidratos, respectivamente. También se utilizan polifosfatos como aditivos alimentarios , marcados como E452 .
La estructura del ácido tripolifosfórico ilustra los principios que definen las estructuras de los polifosfatos. Consta de tres unidades tetraédricas de PO 4 unidas entre sí compartiendo centros de oxígeno. Para las cadenas lineales, los grupos de fósforo finales comparten un óxido y los otros centros de fósforo comparten dos centros de óxido. Los fosfatos correspondientes están relacionados con los ácidos por la pérdida de los protones ácidos . En el caso del trímero cíclico, cada tetraedro comparte dos vértices con tetraedros adyacentes.
Es posible compartir tres esquinas. Este motivo representa la reticulación del polímero lineal. Los polifosfatos reticulados adoptan la estructura laminar de los filosilicatos , pero tales estructuras sólo se producen en condiciones extremas.
Los polifosfatos surgen de la polimerización de derivados del ácido fosfórico. El proceso comienza con la unión de dos unidades de fosfato en una reacción de condensación.
La condensación se muestra como un equilibrio porque la reacción inversa, la hidrólisis , también es posible. El proceso puede continuar en pasos; en cada paso se añade otra unidad (PO 3 ) − a la cadena, como lo indica la parte entre paréntesis en la ilustración del ácido polifosfórico. El P 4 O 10 puede verse como el producto final de reacciones de condensación, donde cada tetraedro comparte tres esquinas con los demás. Por el contrario, se produce una mezcla compleja de polímeros cuando se añade una pequeña cantidad de agua al pentóxido de fósforo.
Los polifosfatos son bases débiles . Un par de electrones solitarios de un átomo de oxígeno se puede donar a un ion de hidrógeno (protón) o a un ion metálico en una interacción típica entre ácido de Lewis y base de Lewis . Esto tiene un profundo significado en biología. Por ejemplo, el trifosfato de adenosina está protonado aproximadamente en un 25% en una solución acuosa a pH 7. [2]
Se produce una mayor protonación a valores de pH más bajos.
El ATP forma complejos quelatos con iones metálicos. La constante de estabilidad para el equilibrio.
es particularmente grande. [3] La formación del complejo de magnesio es un elemento crítico en el proceso de hidrólisis del ATP, ya que debilita el enlace entre el grupo fosfato terminal y el resto de la molécula. [2] [4]
La energía liberada en la hidrólisis del ATP,
a ΔG -36,8 kJ mol −1 es grande según los estándares biológicos. P i significa fosfato inorgánico, que se protona a pH biológico. Sin embargo, no es grande según los estándares inorgánicos. El término "alta energía" se refiere al hecho de que es alta en relación con la cantidad de energía liberada en las reacciones químicas orgánicas que pueden ocurrir en los sistemas vivos.
Los polifosfatos de alto peso molecular son bien conocidos. [5] Un derivado es la sal de Graham vítrea (es decir, amorfa) . Los polifosfatos cristalinos de alto peso molecular incluyen la sal de Kurrol y la sal de Maddrell (polvo blanco prácticamente insoluble en agua). Estas especies tienen la fórmula [NaPO 3 ] n [NaPO 3 (OH)] 2 donde n puede ser tan grande como 2000. En términos de sus estructuras, estos polímeros consisten en PO 3 - "monómeros", con las cadenas terminadas por fosfatos protonados. [6]
L. Liberman encontró polifosfatos inorgánicos de alto contenido polimérico en organismos vivos en 1890. Estos compuestos son polímeros lineales que contienen de unos pocos a varios cientos de residuos de ortofosfato unidos por enlaces fosfoanhídrido ricos en energía .
Anteriormente se consideraba un “ fósil molecular ” o simplemente una fuente de fósforo y energía que garantizaba la supervivencia de los microorganismos en condiciones extremas. Ahora se sabe que estos compuestos también tienen funciones reguladoras y que se encuentran en representantes de todos los reinos de los organismos vivos, participando en la corrección y el control metabólicos tanto a nivel genético como enzimático. El polifosfato participa directamente en el cambio del programa genético característico de la etapa de crecimiento exponencial de las bacterias al programa de supervivencia celular en condiciones estacionarias, "una vida en la vía lenta". Participan en muchos mecanismos reguladores que ocurren en las bacterias:
En los seres humanos, se ha demostrado que los polifosfatos desempeñan un papel clave en la coagulación de la sangre . Producidas y liberadas por las plaquetas [7], activan el factor XII de coagulación sanguínea , que es esencial para la formación de coágulos sanguíneos. El factor XII, también llamado factor de Hageman, inicia la formación de fibrina y la generación de un mediador proinflamatorio, la bradicinina , que contribuye a la fuga de los vasos sanguíneos y a la trombosis. [8] [9] Los polifosfatos de origen bacteriano alteran la respuesta inmune del huésped durante la infección y atacar los polifosfatos con exopolifosfatasa recombinante mejora la supervivencia a la sepsis en ratones. [10] Los polifosfatos inorgánicos desempeñan un papel crucial en la tolerancia de las células de levadura a los cationes de metales pesados tóxicos. [11]
El polifosfato de sodio (E452(i)), el polifosfato de potasio (E452(ii)), el polifosfato de sodio y calcio (E452(iii)) y el polifosfato de calcio (E452(iv)) se utilizan como aditivos alimentarios (emulsionantes, humectantes, secuestrantes, estabilizantes, y espesantes). [12] No se sabe que representen ningún riesgo potencial para la salud aparte de los que generalmente se atribuyen a otras fuentes de fosfato (incluidas las que se encuentran naturalmente en los alimentos). Si bien se han planteado preocupaciones sobre los efectos perjudiciales sobre los huesos y las enfermedades cardiovasculares, así como sobre la hiperfosfatemia , estas parecen ser relevantes sólo para el consumo exagerado de fuentes de fosfato. En definitiva, un consumo razonable (hasta 40 mg de fosfato por kg de peso corporal al día) no parece suponer ningún riesgo para la salud. [13] [14]
