ポリリン酸は 、 酸素原子を共有することによって結合した四面体 PO4 （リン酸 ）構造単位から形成される高分子オキシアニオンの 塩 またはエステル です。ポリリン酸は、直線状または環状（リングとも呼ばれる）構造をとることができます。生物学では、ポリリン酸エステルADP とATPは エネルギー貯蔵に関与しています。さまざまなポリリン酸が都市用水のミネラル隔離に利用されており、一般的に1 ～5 ppmの濃度で存在します。[ 1 ] GTP 、CTP 、UTP もそれぞれタンパク質合成、脂質合成、炭水化物代謝において重要なヌクレオチドです。 ポリリン酸は食品添加物 としても使用され、E452 と表示されています。
構造 トリポリリン酸の構造は、ポリリン酸塩の構造を定義する原理を示しています。これは、酸素中心を共有して連結された3つの四面体PO₄ユニットから構成されています。直線状の鎖では、末端のリン基は1つの酸化物を共有し、他のリン中心は2つの酸化物を共有します。対応するリン酸は、 酸性 プロトンの喪失によって酸と関連付けられます。環状三量体の場合、各四面体は隣接する四面体と2つの頂点を共有します。
3つの角を共有することは可能である。このモチーフは線状ポリマーの架橋を 表している。架橋ポリリン酸塩はシート構造のフィロケイ酸塩 を形成するが、このような構造は極端な条件下でのみ発生する。
ポリリン酸塩は、リン酸誘導体の重合によって生成される。このプロセスは、2つのリン酸単位が縮合反応によって結合することから始まる。
2 H(PO 4 ) 2 − ⇌ (P 2 O 7 ) 4 − + H 2 O 縮合は平衡 として示されます。なぜなら、逆反応である加水分解 も起こり得るからです。このプロセスは段階的に進行する可能性があり、各段階で、ポリリン酸の図の括弧で示されているように、別の (PO 3 ) − ユニットが鎖に追加されます。P 4 O 10 は縮合反応の最終生成物と見なすことができ、各四面体は他の四面体と 3 つの頂点を共有しています。逆に、五酸化リンに少量の水を加えると、複雑なポリマーの混合物が生成されます。
酸塩基特性および錯形成特性 ポリリン酸は弱塩基 です。酸素原子上の孤立電子対は、典型的なルイス酸 -ルイス塩基相互作用において、 水素イオン （プロトン）または金属イオンに供与されます。これは生物学において非常に重要な意味を持ちます。例えば、アデノシン三リン酸は、pH 7の水溶液中で約25%プロトン化されています。[ 2 ]
ATP 4− + H + ⇌ ATPH 3− 、p Ka ≈ {\displaystyle \approx } より低いpH 値では、さらにプロトン化が進む。
ATPは金属イオンとキレート 錯体を形成する。平衡の安定度定数は
ATP 4− + Mg 2+ ⇌ MgATP 2− 、log β ≈ {\displaystyle \approx } 特に大きい。[ 3 ] [ 2 ] [ 4 ]
ATP加水分解で放出されるエネルギー、
ATP 4− + H 2 O → ADP 3− + Pi − ΔGにおいて≈ {\displaystyle \approx } −1 は生物学的基準では大きい値です。P i は無機リン酸を表し、生物学的 pH ではプロトン化されています。しかし、無機基準では大きくありません。「高エネルギー」という用語は、生体システムで起こりうる有機化学 反応で放出されるエネルギー量と比較して高い値であることを意味します。
高分子無機ポリリン酸塩 高分子量ポリリン酸塩はよく知られています。[ 5 ] ガラス状 （つまり非晶質）のグラハム塩 です。結晶性の高分子量ポリリン酸塩には、クロール塩とマドレル塩（水にほとんど溶けない白色粉末）があります。これらの物質は、[NaPO 3 ] n [NaPO 3 (OH)] 2 という式を持ち、n は最大 2000 になります。構造的には、これらのポリマーは PO 3 − 「モノマー」から構成され、鎖はプロトン化されたリン酸塩で終端されています。[ 6 ]
自然界では 高分子無機ポリリン酸は、1890年にL.リバーマンによって生物体内で発見された。これらの化合物は、数個から数百個のオルトリン 酸残基がエネルギー豊富なリン酸無水 結合で連結された直鎖状ポリマーである。
以前は、「分子化石 」または極限条件下で微生物の生存を支えるリンとエネルギー源としてのみ考えられていました。これらの化合物は現在、調節機能も持ち、あらゆる生物界の代表種に存在し、遺伝子レベルと酵素レベルの両方で代謝の調整と制御に関与していることが知られています。ポリリン酸は、細菌の指数関数的増殖段階に特徴的な遺伝子プログラムを、定常状態における細胞生存プログラム、つまり「低速生活」へと切り替える際に直接関与しています。ポリリン酸は、細菌内で起こる多くの調節機構に関与しています。
これらは、定常成長期への適応や多くのストレス要因への対処に関わる多数の遺伝子の発現を担うRNAポリメラーゼサブユニットであるrpoS の誘導に関与している。 これらは細胞運動性、バイオフィルム形成、および病原性にとって重要である。 ポリリン酸とエキソポリホスファターゼは 、細菌細胞内のセカンドメッセンジャーである厳密応答因子、グアノシン5'-二リン酸3'-二リン酸（ppGpp）のレベルの調節に関与している。 ポリリン酸は、生細胞膜を横断するチャネルの形成に関与する。ポリリン酸とポリβ-ヒドロキシ酪酸がCa2 + と結合して形成される上記のチャネルは、様々な生物における輸送プロセスに関与している。微生物（ 原核生物および下等真核生物）におけるポリリン酸の重要な機能の一つは、リン酸とエネルギーの貯蔵源を提供することで、変化する環境条件に対応することである。ポリリン酸は動物細胞にも存在し、特に骨組織や脳において 、 発生、細胞増殖、分化の調節過程におけるその役割に関する多くのデータが存在する。 ヒトでは、ポリリン酸が血液凝固 において重要な役割を果たすことが示されている。血小板 によって産生および放出される[ 7 ] ポリリン酸は、血液凝固に不可欠な血液凝固因子XII を活性化する。ハーゲマン因子とも呼ばれる因子XIIは、フィブリン形成と炎症性メディエーターであるブラジキニン の生成を開始し、血管からの漏出 と血栓形成に寄与する[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]。
食品添加物として使用する ポリリン酸ナトリウム（E452(i)）、ポリリン酸カリウム（E452(ii)）、ポリリン酸ナトリウムカルシウム（E452(iii)）、ポリリン酸カルシウム（E452(iv)）は、食品添加物（乳化剤、保湿剤、キレート剤、安定剤、増粘剤）として使用されています。[ 12 ] リン 酸塩源（食品中に自然に存在するリン酸塩を含む）に起因するもの以外に、健康上のリスクをもたらすことは知られていません。骨や心血管疾患への悪影響、高リン血症 に関する懸念が提起されていますが、これらはリン酸塩源の過剰摂取にのみ関係するようです。全体として、適度な摂取量（ 1日あたり体重1kgあたり最大40mgのリン酸塩）は健康上のリスクをもたらさないようです。[ 13 ] [ 14 ]
難燃剤として使用 ポリリン酸塩は、炭化層の形成を促進し、炎の伝播を抑制する能力があるため、今日では効果的な難燃剤として広く認識されています。熱にさらされると、ポリリン酸塩は分解してリン酸を生成し、材料の表面に保護炭化層の形成を促進します。このバリアは熱伝達を減少させ、酸素のアクセスを制限し、可燃性ガスの放出を抑制するため、ポリリン酸塩はポリマー複合材料と木材製品の両方を含むさまざまな産業の現代の難燃剤配合の重要な成分となっています。[ 15 ] [ 16 ]
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