폴리인산염 문서 원본 보기

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'''폴리인산염'''({{llang|en|polyphosphate}})은 [[산소]] [[원자]]를 공유하며 함께 연결된 [[사면체]] PO<sub>4</sub>([[인산염]]) 구조 단위로부터 형성된 고분자 [[산소 음이온]]의 [[염]] 또는 [[에스터]]이다. 폴리인산염은 선형 또는 고리형 구조를 가질 수 있다. [[생물학]]에서 폴리인산 에스터인 [[아데노신 이인산|ADP]]와 [[아데노신 삼인산|ATP]]는 에너지 저장에 관여한다. 다양한 폴리인산염은 도시 수역에서 광물 격리에 사용되며, 일반적으로 1~5 ppm으로 존재한다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.jacksmagic.com/pdfs/FAQ_phosphates.pdf |title=The Phosphate Method For Producing Quality Drinking Water |publisher=Carus Chemical Company |date=2001 |access-date=2011-04-20 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20110419201713/http://www.jacksmagic.com/pdfs/FAQ_phosphates.pdf |archive-date=2011-04-19 }}</ref> [[구아노신 삼인산|GTP]], [[사이티딘 삼인산|CTP]], [[유리딘 삼인산|UTP]]는 각각 [[단백질 합성]], 지질 합성 및 [[탄수화물 대사]]에서 중요한 [[뉴클레오타이드]]이다. 폴리인산염은 E452로 표시된 [[식품 첨가물]]로도 사용된다.

== 구조==
<gallery widths="180px">
파일:Triphosphorsäure.svg|[[삼인산]]
파일:Polyphosphoric acid.svg|[[폴리인산]]
파일:Trimetaphosphat.svg|고리형 트라이메타인산염
파일:Adenosindiphosphat protoniert.svg|[[아데노신 이인산]] (ADP)
</gallery>
트라이폴리인산의 구조는 폴리인산염의 구조를 정의하는 원리를 설명한다. 이는 산소 중심을 공유하여 함께 연결된 3개의 사면체 PO<sub>4</sub> 단위로 구성된다. 선형 사슬인 경우 말단인 그룹은 하나의 산화물을 공유하고 다른 인 중심은 두 개의 산화 중심을 공유한다. 해당하는 인산염은 [[산 (화학)|산성]] 양성자의 소실로 인해 산과 관련된다. 순환 삼량체의 경우 각 사면체는 인접한 사면체와 두 개의 꼭짓점을 공유한다.

3개의 모서리의 공유가 가능하다. 이 모티프는 선형 중합체의 [[가교 (화학)|가교]]를 나타낸다. 가교된 폴리인산염은 시트 구조의 [[규산염 광물|필로실리케이트]]를 채택하지만, 이러한 구조는 극한의 조건 하에서만 채택된다.

== 형성 및 합성 ==
폴리인산염은 인산 유도체의 중합에 의해 생성된다. 이 과정은 축합 반응에서 두 개의 인산염 단위로 시작된다.
:2 H(PO<sub>4</sub>)<sup>2&minus;</sup>   {{eqm}}   (P<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)<sup>4&minus;</sup> + H<sub>2</sub>O
이의 역반응인 [[가수분해]]도 가능하기 때문에 축합은 [[화학 평형|평형]]으로 나타낼 수 있다. 과정은 단계적으로 계속될 수 있다. 각 단계에서 또 다른 (PO<sub>3</sub>)<sup>&minus;</sup> 단위가 사슬에 추가된다. P<sub>4</sub>O<sub>10</sub>은 각 사면체가 다른 사면체와 세 모서리를 공유하는 축합 반응의 최종 생성물로 볼 수 있다. 반대로 오산화 인에 소량의 물을 첨가하면 복잡한 고분자 혼합물이 생성된다.

== 산-염기 및 복합체 특성 ==
폴리인산염은 약염기이다. 산소 원자의 고립 전자쌍은 전형적인 루이스 산-루이스 염기 상호작용에서 [[수소 이온]](양성자) 또는 금속 이온에 공여될 수 있다. 이것은 [[생물학]]에서 중요한 의미를 갖는다. 예를 들어 [[아데노신 삼인산]](ATP)은 pH 7의 수용액에서 약 25% 정도 [[양성자화]]된다.<ref name=Storer>{{저널 인용|vauthors=Storer A, Cornish-Bowden A | title = Concentration of MgATP2- and other ions in solution. Calculation of the true concentrations of species present in mixtures of associating ions | pmc=1164030 | journal = Biochem J | volume = 159 | issue = 1 | pages = 1–5 | year = 1976 | pmid = 11772 | doi=10.1042/bj1590001}}</ref>
:ATP<sup>4−</sup> + H<sup>+</sup> {{eqm}} ATPH<sup>3−</sup>, p''K''<sub>a</sub> <math>\approx</math> 6.6
더 낮은 pH에서 추가적인 양성자화가 일어난다.

== 고에너지 인산 결합 ==
ATP는 금속 이온과 [[킬레이트]] 착물을 형성한다. 평형에 대한 [[안정도 상수]]는 특히 크다.<ref>{{저널 인용|title=Chelation of divalent cations by ATP, studied by titration calorimetry|journal=Anal Biochem|year=1991|volume=193|issue=1|pages=16–9|doi=10.1016/0003-2697(91)90036-S|pmid=1645933|vauthors=Wilson J, Chin A}}</ref>
:ATP<sup>4−</sup> + Mg<sup>2+</sup> {{eqm}} MgATP<sup>2−</sup>, log &beta; <math>\approx</math> 4
ATP의 가수분해는 말단 인산기와 분자의 나머지 부분 사이의 연결을 약화시키기 때문에 마그네슘 착물의 형성은 ATP 가수분해 과정에서 중요한 요소이다.<ref name=Storer/><ref>{{저널 인용|vauthors=Garfinkel L, Altschuld R, Garfinkel D | title = Magnesium in cardiac energy metabolism | journal = J Mol Cell Cardiol | volume = 18 | issue = 10 | pages = 1003–13 | year = 1986 | pmid = 3537318 | doi = 10.1016/S0022-2828(86)80289-9 }}</ref>

ATP의 가수분해에 의해 방출되는 에너지는 생물학적 표준 상태에서 ΔG <math>\approx</math> -36.8 kJ mol<sup>−1</sup>로 커진다.
:ATP<sup>4−</sup> + H<sub>2</sub>O &rarr; ADP<sup>3−</sup> + P<sub>i</sub><sup>−</sup>
P<sub>i</sub>는 생물학적 pH에서 양성자화된 무기 인산염을 나타낸다. 그러나 이는 무기물 기준으로는 크지 않다. "고에너지"라는 용어는 생물체에서 일어날 수 있는 [[생화학]] 반응에서 방출되는 에너지양에 비해 상대적으로 높다는 것을 의미한다.

== 고분자 무기 폴리인산염 ==
고분자량의 폴리인산염이 잘 알려져 있다.<ref>{{Greenwood&Earnshaw2nd}}</ref> 유도체 중 하나는 유리질(즉, 무정형)의 그레이엄 염이다. 결정질 고분자량 폴리인산염에는 쿠롤 염, 매드렐 염이 있다. 이들 화학종은 화학식이 [NaPO<sub>3</sub>]<sub>n</sub>[NaPO<sub>3</sub>(OH)]<sub>2</sub>이며, 여기서 n은 2,000까지 커질 수 있다. 구조면에서 이들 중합체는 PO<sub>3</sub><sup>−</sup> 단량체로 구성되며 사슬은 양성자화된 인산염으로 종결된다.<ref name=Ullmann>Klaus Schrödter, Gerhard Bettermann, Thomas Staffel, Friedrich Wahl, Thomas Klein, Thomas Hofmann "Phosphoric Acid and Phosphates" in ''Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry'' 2008, Wiley-VCH, Weinheim. {{DOI|10.1002/14356007.a19_465.pub3}}</ref>

=== 자연에서 ===
고분자 무기 폴리인산염은 1890년에 L. 리버만(L. Liberman)에 의해 살아있는 생물에서 발견되었다. 이러한 화합물은 에너지가 풍부한 [[고에너지 인산 결합|무수 인산 결합]]으로 연결된 [[인산염|오르토인산염]]의 수개~수백개의 [[잔기]]를 포함하고 있는 선형 [[중합체]]이다.

이전에는 "분자 화석" 또는 극한 조건에서 미생물의 생존에 제공되는 인 및 에너지원으로 간주되었다. 이들 화합물은 조절 역할을 하는 것으로 알려져 있으며 생물의 모든 계에서 생성되며 유전적 및 효소적 수준 모두에서 대사 교정 및 제어에 관여하는 것으로 알려져 있다. 폴리인산염은 세균의 기하급수적 성장 단계의 특징인 유전 프로그램을 정지 상태에서의 세포 생존 프로그램인 "느린 경로에서의 삶(a life in the slow lane)"으로 전환하는 데 직접적으로 관여한다. 이들은 다음과 같이 세균에서 일어나는 많은 조절 메커니즘에 관여한다.
* 이들은 고정 생장 단계 및 많은 스트레스 요인에 대한 조정에 관여하는 많은 유전자 그룹의 발현을 담당하는 RNA 중합효소의 소단위체인 rpoS의 유도에 관여한다.
* 이들은 세포의 운동성, 생물막 형성 및 독성에 중요하다.
* 폴리인산염과 [[엑소폴리포스파테이스]]는 세균 세포의 두 번째 메신저로 엄격한 반응 인자인 구아노신 5'-이인산 3'-이인산(ppGpp)의 수준 조절에 관여한다.
* 폴리인산염은 세포막을 가로지르는 통로의 형성에 관여한다. Ca<sup>2+</sup>와 함께 폴리인산염과 폴리-b-하이드록시뷰티르산염에 의해 형성되는 통로는 다양한 생물들에서 수송 과정에 관여한다.
* 미생물(원핵생물 및 하등 진핵생물)에서 폴리인산염의 중요한 기능은 인산염과 에너지 저장을 제공하여 변화하는 환경 조건에 대응할 수 있도록 하는 것이다. 폴리인산염은 동물 세포에 존재하며 발생, 세포 증식 및 세포 분화, 특히 뼈 조직 및 뇌에서 조절 과정에 관여한다는 많은 데이터들이 있다.

사람에서 폴리인산염은 [[혈액 응고]]에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. [[혈소판]]에 의해 생성 및 방출되며<ref name="pmid15308650">{{저널 인용|vauthors=Ruiz FA, Lea CR, Oldfield E, Docampo R | title = Human platelet dense granules contain polyphosphate and are similar to acidocalcisomes of bacteria and unicellular eukaryotes | journal = J Biol Chem | volume = 279 | issue = 43 | pages = 44250–7 |date=Oct 2004 | pmid = 15308650 | doi = 10.1074/jbc.M406261200 | doi-access = free }}</ref> 혈전 형성에 필수적인 [[혈액 응고 인자 XII]]를 활성화시킨다. 하게만 인자라고도 하는 혈액 응고 인자 XII는 피브린 형성을 개시하고 혈관 및 혈전증으로부터 [[염증]] 반응시 누출에 기여하는 전염증 매개체인 [[브래디키닌]]의 생성을 개시한다.<ref name="pmid20005807">{{저널 인용| vauthors=Müller F, Mutch NJ, Schenk WA, Smith SA, Esterl L, Spronk HM, Schmidbauer S, Gahl WA, Morrissey JH, Renné T | title = Platelet polyphosphates are proinflammatory and procoagulant mediators in vivo | journal = Cell | volume = 139 | issue = 6 | pages = 1143–56 |date=Dec 2009 | pmid = 20005807 | pmc = 2796262 | doi = 10.1016/j.cell.2009.11.001}}</ref><ref>{{웹 인용|url=http://www.physorg.com/news179673245.html |title=Newly discovered mechanism by which blood clots form |work=physorg.com |date=December 10, 2009|access-date=13 December 2009}}</ref> 세균 유래의 폴리인산염은 감염 중인 숙주의 면역 반응을 손상시키고 재조합 엑소폴리포스파테이스로 폴리인산염을 표적화하면 패혈증에 걸린 쥐의 생존률이 향상된다.<ref name = "pmid32788578">{{저널 인용| vauthors = Roewe J, Stavrides G, Strueve M, Sharma A, Marini F, Mann A, Smith SA, Kaya Z, Strobl B, Mueller M, Reinhardt C, Morrissey JH, Bosmann M | title = Bacterial polyphosphates interfere with the innate host defense to infection | journal = Nature Communications | volume = 11 | issue = 1 | pages = 4035 | date = August 2020 | pmid = 32788578  | doi =    10.1038/s41467-020-17639-x  | pmc = 7423913 | bibcode = 2020NatCo..11.4035R | doi-access = free }}</ref> 무기 폴리인산염은 독성 중금속 양이온에 대한 효모 세포의 내성에 중요한 역할을 한다.<ref name="pmid23663411">{{저널 인용|vauthors=Andreeva N, Ryazanova L, Dmitriev V, Kulakovskaya T, Kulaev I | title = Adaptation of Saccharomyces cerevisiae to toxic manganese concentration triggers changes in inorganic polyphosphates.| journal = FEMS Yeast Res | volume = 13 | issue = 5 | pages = 463–470 |date=Aug 2013| pmid = 23663411| doi = 10.1111/1567-1364.12049| doi-access = free}}</ref>

== 식품 첨가물로 사용 ==
폴리인산 나트륨(E452(i)), 폴리인산 칼륨(E452(ii)), 폴리인산 칼슘 나트륨(E452(iii)), 폴리인산 칼슘(E452(iv))은 [[식품 첨가물]]로 사용된다. 일반적으로 다른 [[인산염]] 공급원(음식에서 자연적으로 생성되는 것을 포함)으로 인한 것 외에 어떠한 잠재적인 건강 위험도 제기하지 않는 것으로 알려져 있다. [[고인산혈증]] 뿐만 아니라 뼈와 심혈관계 질환에 대한 해로운 영향의 우려가 제기되었지만, 이는 인산염 공급원의 지나친 섭취에만 관련이 있는 것으로 보인다. 대체로 합리적인 선에서의 섭취(하루에 체중 1 kg당 인산염 최대 40 mg)는 건강에 위협적이지 않은 것으로 보인다.<ref>{{웹 인용 |url=https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.2903/j.efsa.2019.5674 |제목=EFSA Panel on Food Additives and Flavourings (FAF), Younes, M., Aquilina, G., Castle, L., Engel, K. H., Fowler, P., ... & Mennes, W. (2019). Re‐evaluation of phosphoric acid–phosphates–di‐, tri‐and polyphosphates (E 338–341, E 343, E 450–452) as food additives and the safety of proposed extension of use. EFSA Journal, 17(6), e05674. |확인날짜=2022-04-28 |archive-date=2022-01-07 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220107134059/https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.2903/j.efsa.2019.5674 |url-status= }}</ref><ref>Ritz, E., Hahn, K., Ketteler, M., Kuhlmann, M. K., & Mann, J. (2012). Phosphate additives in food—a health risk. Deutsches Ärzteblatt International, 109(4), 49.</ref>

== 같이 보기 ==
* [[인산]]
* [[트라이메타인산 나트륨]]
* [[헥사메타인산 나트륨]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 외부 링크 ==
*{{저널 인용|vauthors=Pavlov E, Grimbly C, Diao CT, French RJ |title=A high-conductance mode of a poly-3-hydroxybutyrate/calcium/polyphosphate channel isolated from competent Escherichia coli cells |journal=FEBS Lett. |volume=579 |issue=23 |pages=5187–92 |date=September 2005 |pmid=16150446 |doi=10.1016/j.febslet.2005.08.032 |s2cid=35616647 |doi-access=free }}
*{{저널 인용|doi=10.1016/S1389-1723(99)80189-3 |vauthors=Kulaev I, Vagabov V, Kulakovskaya T |title=New aspects of inorganic polyphosphate metabolism and function |journal=J. Biosci. Bioeng. |volume=88 |issue=2 |pages=111–29 |year=1999 |pmid=16232585 }}
*{{저널 인용|vauthors=Kulaev I, Kulakovskaya T |title=Polyphosphate and phosphate pump |journal=Annu. Rev. Microbiol. |volume=54 |pages=709–34 |year=2000 |pmid=11018142 |doi=10.1146/annurev.micro.54.1.709 }}

{{전거 통제}}

[[분류:인산염]]
[[분류:고분자]]
[[분류:식품 안정제]]
[[분류:E 번호 첨가제]]
[[분류:콘크리트 혼화제]]