Un polifosfato es una sal o éster de oxianiones poliméricos formados a partir de unidades estructurales tetraédricas de PO 4 ( fosfato ) unidas entre sí al compartir átomos de oxígeno. Los polifosfatos pueden adoptar estructuras lineales o cíclicas (también llamadas de anillo). En biología, los ésteres de polifosfato ADP y ATP están involucrados 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 carbohidratos, respectivamente. Los polifosfatos también se utilizan como aditivos alimentarios , marcados E452 .
La estructura del ácido tripolifosfórico ilustra los principios que definen las estructuras de los polifosfatos. Consta de tres unidades tetraédricas de PO4 unidas entre sí por centros de oxígeno compartidos. En las cadenas lineales, los grupos de fósforo de los extremos comparten un óxido y los otros centros de fósforo comparten dos centros de óxido. Los fosfatos correspondientes se relacionan con los ácidos por pérdida de los protones ácidos . En el caso del trímero cíclico, cada tetraedro comparte dos vértices con los tetraedros adyacentes.
Es posible compartir tres esquinas. Este motivo representa la reticulación del polímero lineal. Los polifosfatos reticulados adoptan la estructura de láminas de los filosilicatos , pero estas estructuras solo se dan en condiciones extremas.
Los polifosfatos surgen por 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 agrega 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 las reacciones de condensación, donde cada tetraedro comparte tres vértices con los demás. Por el contrario, se produce una mezcla compleja de polímeros cuando se agrega una pequeña cantidad de agua al pentóxido de fósforo.
Los polifosfatos son bases débiles . Un par solitario de electrones en un átomo de oxígeno puede ser donado a un ion de hidrógeno (protón) o a un ion metálico en una interacción típica entre un ácido de Lewis y una base de Lewis . Esto tiene una profunda importancia en biología. Por ejemplo, el trifosfato de adenosina está protonado en un 25 % aproximadamente en solución acuosa a pH 7. [2]
Se produce una mayor protonación a valores de pH más bajos.
El ATP forma complejos quelantes 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 de 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,
En ΔG -36,8 kJ mol −1 es grande según los estándares biológicos. P i representa fosfato inorgánico, que está protonado 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 de alto peso molecular cristalinos 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 cadenas terminadas por fosfatos protonados. [6]
L. Liberman descubrió polifosfatos inorgánicos altamente poliméricos 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 que era un “ fósil molecular ” o simplemente una fuente de fósforo y energía que aseguraba la supervivencia de los microorganismos en condiciones extremas. Ahora se sabe que estos compuestos también tienen funciones reguladoras y se encuentran en representantes de todos los reinos de organismos vivos, participando en la corrección y el control metabólico tanto a nivel genético como enzimático. Los polifosfatos están directamente involucrados 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 el carril lento”. 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 sanguínea . Producidos y liberados por las plaquetas [7] , activan el factor de coagulación sanguínea XII , 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 la trombosis. [8] [9] Los polifosfatos derivados de bacterias perjudican la respuesta inmunitaria del huésped durante la infección y la focalización de los polifosfatos con exopolifosfatasa recombinante mejora la supervivencia de 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, estabilizadores y espesantes). [12] No se sabe que supongan ningún riesgo potencial para la salud aparte de los que generalmente se atribuyen a otras fuentes de fosfato (incluidas las que se encuentran de forma natural en los alimentos). Si bien se han planteado inquietudes sobre los efectos perjudiciales para los huesos y las enfermedades cardiovasculares, así como la hiperfosfatemia , estas parecen ser relevantes solo para el consumo exagerado de fuentes de fosfato. En general, el consumo razonable (hasta 40 mg de fosfato por kg de peso corporal por día) no parece suponer ningún riesgo para la salud. [13] [14]
