โพลีฟอสเฟตเป็นเกลือหรือเอสเทอร์ของออกซิแอนไอออนพอลิเมอร์ที่เกิดจาก หน่วยโครงสร้าง เตตระเฮดรัล PO ₄ ( ฟอสเฟต ) ที่เชื่อมต่อกันโดยการใช้ร่วมกันของอะตอมออกซิเจน โพลีฟอสเฟตสามารถมีโครงสร้างเชิงเส้นหรือแบบวงจร (เรียกอีกอย่างว่าวงแหวน) ในทางชีววิทยา เอสเทอร์ของโพลีฟอสเฟตADPและATPมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเก็บพลังงาน โพลีฟอสเฟตหลายชนิดถูกนำไปใช้ในการกักเก็บแร่ธาตุในน้ำประปา โดยทั่วไปจะมีอยู่ที่ 1 ถึง 5 ppm ^{[ 1 ]} GTP , CTPและUTP ยังเป็นนิวคลีโอไทด์ที่สำคัญในการสังเคราะห์โปรตีน การสังเคราะห์ไขมัน และการ เผา ผลาญคาร์โบไฮเดรต ตามลำดับ โพลีฟอสเฟตยังใช้เป็นสารเติมแต่งอาหารโดยมีเครื่องหมายE452

• 
  โครงสร้างของกรดไตรฟอสฟอริก
• 
  กรดโพลีฟอสฟอริก
• 
  ไซคลิกไตรเมตาฟอสเฟต
• 
  อะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP)

โครงสร้างของกรดไตรโพลีฟอสฟอริกแสดงให้เห็นถึงหลักการที่กำหนดโครงสร้างของโพลีฟอสเฟต มันประกอบด้วยหน่วย PO₄ รูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าสาม_{หน่วย}ที่เชื่อมต่อกันโดยการใช้ศูนย์กลางออกซิเจนร่วมกัน สำหรับสายโซ่เชิงเส้น หมู่ฟอสฟอรัสที่ปลายจะใช้ศูนย์กลางออกไซด์ร่วมกันหนึ่งตัว และศูนย์กลางฟอสฟอรัสอื่นๆ จะใช้ศูนย์กลางออกไซด์ร่วมกันสองตัว ฟอสเฟตที่สอดคล้องกันมีความสัมพันธ์กับกรดโดยการสูญเสีย โปรตอน ที่เป็นกรดในกรณีของไตรเมอร์แบบวงแหวน แต่ละรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าจะใช้จุดยอดร่วมกันสองจุดกับรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าที่อยู่ติดกัน

การแบ่งปันมุมทั้งสามนั้นเป็นไปได้ ลวดลายนี้แสดงถึงการเชื่อมโยงของพอลิเมอร์เชิงเส้น พอลิฟอสเฟตที่เชื่อมโยงกันจะมีโครงสร้างแบบแผ่นฟิลโลซิลิเคตแต่โครงสร้างดังกล่าวเกิดขึ้นได้เฉพาะภายใต้สภาวะสุดขั้วเท่านั้น

โพลีฟอสเฟตเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของอนุพันธ์กรดฟอสฟอริก กระบวนการเริ่มต้นด้วยหน่วยฟอสเฟตสองหน่วยมารวมกันในปฏิกิริยาควบแน่น

2 H(PO ₄ ) ²⁻ ⇌ (P ₂ O ₇ ) ⁴⁻ + H ₂ O

ปฏิกิริยาควบแน่นแสดงเป็นสภาวะสมดุลเนื่องจากปฏิกิริยาย้อนกลับคือไฮโดรไลซิสก็เป็นไปได้เช่นกัน กระบวนการอาจดำเนินต่อไปเป็นขั้นตอน โดยในแต่ละขั้นตอนจะมีการเพิ่มหน่วย (PO₃)⁻ อีกหนึ่ง_{หน่วย}เข้าไป^ในสายโซ่ ดังที่ระบุไว้ในส่วนที่อยู่ในวงเล็บในภาพประกอบของกรดโพลีฟอสฟอริก P₄O₁₀ _{สามารถ}มอง_ได้ว่าเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยาควบแน่น โดยที่รูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าแต่ละรูปจะใช้มุมร่วมกันสามมุมกับรูปอื่นๆ ในทางกลับกัน จะเกิดพอลิเมอร์ผสมที่ซับซ้อนเมื่อเติมน้ำปริมาณเล็กน้อยลงในฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์

โพลีฟอสเฟตเป็นเบสอ่อนอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวบนอะตอมออกซิเจนสามารถบริจาคให้กับไอออนไฮโดรเจน (โปรตอน) หรือไอออนโลหะใน ปฏิกิริยา กรดลูอิส - เบสลูอิส ทั่วไป สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในทางชีววิทยา ตัวอย่างเช่น อะดีโนซีนไตรฟอสเฟตมีโปรตอนประมาณ 25% ในสารละลายในน้ำที่ pH 7 ^{[ 2 ]}

ATP ⁴⁻ + H ⁺ ⇌ ATPH ³⁻ , p K _a 6.6${\displaystyle \approx }$

การเติมโปรตอนเพิ่มเติมจะเกิดขึ้นที่ค่า pH ที่ต่ำกว่า

ATP สร้าง สาร เชิงซ้อนคีเลตกับไอออนโลหะค่าคงที่ความเสถียรสำหรับสมดุล

ATP ⁴⁻ + Mg ²⁺ ⇌ MgATP ²⁻ , log β 4${\displaystyle \approx }$

มีขนาดใหญ่เป็นพิเศษ^{[ 3 ]}การก่อตัวของสารประกอบแมกนีเซียมเป็นองค์ประกอบสำคัญในกระบวนการไฮโดรไลซิสของ ATP เนื่องจากทำให้การเชื่อมโยงระหว่างกลุ่มฟอสเฟตปลายสุดกับส่วนที่เหลือของโมเลกุลอ่อนลง^{[ 2 ] [ 4 ]}

พลังงานที่ปล่อยออกมาจากกระบวนการไฮโดรไลซิสของ ATP

ATP ⁴⁻ + H ₂ O → ADP ³⁻ + _Pi ⁻

ค่า ΔG -36.8 kJ mol ⁻¹นั้นถือว่าสูงเมื่อเทียบกับมาตรฐานทางชีววิทยา Pi _หมายถึงฟอสเฟตอนินทรีย์ ซึ่งจะถูกโปรตอนในสภาวะ pH ทางชีววิทยา อย่างไรก็ตาม ค่านี้ไม่สูงเมื่อเทียบกับมาตรฐานอนินทรีย์ คำว่า "พลังงานสูง" หมายถึงค่าที่สูงเมื่อเทียบกับปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาใน ปฏิกิริยา เคมีอินทรีย์ที่สามารถเกิดขึ้นได้ในสิ่งมีชีวิต ${\displaystyle \approx }$

โพลีฟอสเฟตที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเป็นที่รู้จักกันดี^{[ 5 ]}อนุพันธ์หนึ่งคือเกลือเกรแฮม ที่ เป็นแก้ว (เช่น อมอร์ฟัส) โพลีฟอสเฟตที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงที่เป็นผลึก ได้แก่ เกลือเคอร์โรลและเกลือแมดเดรลล์ (ผงสีขาวแทบไม่ละลายในน้ำ) สารเหล่านี้มีสูตร [NaPO ₃ ] _n [NaPO ₃ (OH)] ₂โดยที่ n สามารถมีค่ามากถึง 2000 ในแง่ของโครงสร้าง โพลีเมอร์เหล่านี้ประกอบด้วย "โมโนเมอร์" PO ₃ ⁻โดยที่โซ่จะสิ้นสุดด้วยฟอสเฟตที่ถูกโปรตอน^{[ 6 ]}

แอล. ลิเบอร์แมน ค้นพบพอลิฟอสเฟตอนินทรีย์ที่มีพอลิเมอร์สูงในสิ่งมีชีวิตในปี ค.ศ. 1890 สารประกอบเหล่านี้เป็นพอลิเมอร์เชิงเส้นที่ประกอบด้วยหน่วยออร์โธฟอสเฟต จำนวนไม่กี่หน่วยไปจนถึงหลายร้อยหน่วยที่เชื่อมต่อกันด้วย พันธะฟ อสโฟแอนไฮไดรด์ที่มีพลังงานสูง

ก่อนหน้านี้ โพ ลีฟอสเฟตถูกมองว่าเป็นเพียง “ ฟอสซิลระดับโมเลกุล ” หรือเป็นเพียงแหล่งฟอสฟอรัสและพลังงานที่ช่วยให้จุลินทรีย์อยู่รอดได้ภายใต้สภาวะสุดขั้ว ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีว่าสารประกอบเหล่านี้ยังมีบทบาทในการควบคุม และพบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกอาณาจักร โดยมีส่วนร่วมในการปรับแก้และควบคุมกระบวนการเมตาบอลิซึมทั้งในระดับพันธุกรรมและเอนไซม์ โพลีฟอสเฟตมีส่วนเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเปลี่ยนโปรแกรมทางพันธุกรรมที่เป็นลักษณะเฉพาะของระยะการเจริญเติบโตแบบทวีคูณของแบคทีเรียไปสู่โปรแกรมการอยู่รอดของเซลล์ภายใต้สภาวะคงที่ หรือ “ชีวิตในเส้นทางที่ช้าลง” พวกมันมีส่วนร่วมในกลไกการควบคุมหลายอย่างที่เกิดขึ้นในแบคทีเรีย:

• พวกมันมีส่วนร่วมในการเหนี่ยวนำrpoSซึ่งเป็นหน่วยย่อยของ RNA-polymerase ที่รับผิดชอบการแสดงออกของยีนกลุ่มใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับการปรับตัวให้เข้ากับระยะการเจริญเติบโตคงที่และปัจจัยที่ก่อให้เกิดความเครียดหลายอย่าง
• แบคทีเรียเหล่านี้มีความสำคัญต่อการเคลื่อนที่ของเซลล์ การก่อตัวของไบโอฟิล์ม และความรุนแรงของเชื้อโรค
• โพลีฟอสเฟตและเอ็กโซโพลีฟอสฟาเทสมีส่วนร่วมในการควบคุมระดับของปัจจัยตอบสนองที่เข้มงวด คือ กัวโนซีน 5'-ไดฟอสเฟต 3'-ไดฟอสเฟต (ppGpp) ซึ่งเป็นสารสื่อประสาทตัวที่สองในเซลล์แบคทีเรีย
• โพลีฟอสเฟตมีส่วนร่วมในการสร้างช่องทางผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ช่องทางดังกล่าวซึ่งเกิดจากโพลีฟอสเฟตและโพลี-บี-ไฮดรอกซีบิวทิเรตกับ Ca ²⁺มีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการขนส่งในสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด
• หน้าที่สำคัญอย่างหนึ่งของโพลีฟอสเฟตในจุลินทรีย์—ทั้งโปรคาริโอตและยูคาริโอตระดับต่ำ—คือการรับมือกับการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมโดยการจัดหาฟอสเฟตและพลังงานสำรอง โพลีฟอสเฟตมีอยู่ในเซลล์สัตว์ และมีข้อมูลมากมายเกี่ยวกับการมีส่วนร่วมในกระบวนการควบคุมระหว่างการพัฒนา การเพิ่มจำนวน และการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเนื้อเยื่อกระดูกและสมอง

ในมนุษย์ พบว่าโพลีฟอสเฟตมีบทบาทสำคัญในการแข็งตัว ของเลือด โพลีฟอสเฟต ถูกผลิตและปล่อยออกมาจากเกล็ดเลือด^{[ 7 ]}ซึ่งจะกระตุ้นปัจจัยการแข็งตัวของเลือด XIIซึ่งจำเป็นต่อการก่อตัวของลิ่มเลือด ปัจจัย XII หรือที่เรียกว่าปัจจัย Hageman จะเริ่มต้นการก่อตัวของไฟบรินและการสร้างสารสื่อกลางการอักเสบอย่างแบรดิกินินซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการรั่วไหลจากหลอดเลือดและการ เกิดลิ่มเลือด ^{[ 8 ] [ 9 ]} โพลีฟอสเฟตที่ได้จากแบคทีเรียจะทำให้การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของโฮสต์ลดลงในระหว่างการติดเชื้อ และการกำหนดเป้าหมายโพลีฟอสเฟตด้วยเอ็กโซโพลีฟอสฟาเตสแบบรีคอมบิแนนท์จะช่วยเพิ่มอัตราการรอดชีวิตจากภาวะติดเชื้อในหนู^{[ 10 ]} โพลีฟอสเฟตอนินทรีย์มีบทบาทสำคัญในการทนต่อไอออนโลหะหนักที่เป็นพิษของเซลล์ยีสต์^{[ 11 ]}

โซเดียมโพลีฟอสเฟต (E452(i)), โพแทสเซียมโพลีฟอสเฟต (E452(ii)), โซเดียมแคลเซียมโพลีฟอสเฟต (E452(iii)) และแคลเซียมโพลีฟอสเฟต (E452(iv)) ใช้เป็นสารเติมแต่งอาหาร (อิมัลซิไฟเออร์, ฮิวมิกแทนท์, ซีเควแรนท์, สเตอไลเซอร์ และ คูนเนอร์) ^{[ 12 ]}ไม่เป็นที่ทราบกันว่าก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพใดๆ นอกเหนือจากความเสี่ยงที่โดยทั่วไปเกิดจาก แหล่ง ฟอสเฟต อื่นๆ (รวมถึงแหล่งฟอสเฟตที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในอาหาร) แม้ว่าจะมีความกังวลเกี่ยวกับผลเสียต่อกระดูกและโรคหัวใจและ หลอดเลือดรวมถึงภาวะฟอสเฟตในเลือดสูง แต่ดูเหมือนว่าสิ่งเหล่านี้จะเกี่ยวข้องเฉพาะกับการบริโภคแหล่งฟอสเฟตที่มากเกินไปเท่านั้น โดยรวมแล้ว การบริโภคในปริมาณที่เหมาะสม (ไม่เกิน 40 มิลลิกรัมฟอสเฟตต่อกิโลกรัมของน้ำหนักตัวต่อวัน) ดูเหมือนจะไม่ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพ^{[ 13 ] [ 14 ]}

ปัจจุบันโพลีฟอสเฟตได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นสารหน่วงไฟที่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากความสามารถในการส่งเสริมการก่อตัวของถ่านและยับยั้งการลุกลามของเปลวไฟ เมื่อสัมผัสกับความร้อน โพลีฟอสเฟตจะสลายตัวเพื่อสร้างกรดฟอสฟอริก ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการสร้างชั้นถ่านป้องกันบนพื้นผิวของวัสดุ ชั้นกั้นนี้ช่วยลดการถ่ายเทความร้อน จำกัดการเข้าถึงของออกซิเจน และยับยั้งการปล่อยก๊าซไวไฟ ทำให้โพลีฟอสเฟตเป็นส่วนประกอบสำคัญในสูตรสารหน่วงไฟสมัยใหม่ในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงวัสดุคอมโพสิตพอลิเมอร์และผลิตภัณฑ์จากไม้^{[ 15 ] [ 16 ]}

• กรดฟอสฟอริก
• โซเดียมไตรเมตาฟอสเฟต
• โซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟต

• Pavlov E, Grimbly C, Diao CT, French RJ (กันยายน 2548). "โหมดการนำไฟฟ้าสูงของช่องโพลี-3-ไฮดรอกซีบิวทิเรต/แคลเซียม/โพลีฟอสเฟตที่แยกได้จากเซลล์ Escherichia coli ที่มีความสามารถในการรับสารพันธุกรรม" FEBS Lett . 579 ( 23): 5187–92 . Bibcode : 2005FEBSL.579.5187P . doi : 10.1016/j.febslet.2005.08.032 . PMID  16150446. S2CID  35616647 .
• Kulaev I, Vagabov V, Kulakovskaya T (1999). "แง่มุมใหม่ของการเผาผลาญและการทำงานของโพลีฟอสเฟตอนินทรีย์" J. Biosci. Bioeng . 88 (2): 111– 29. doi : 10.1016/S1389-1723(99)80189-3 . PMID  16232585 .
• Kulaev I, Kulakovskaya T (2000). "โพลีฟอสเฟตและปั๊มฟอสเฟต". Annu. Rev. Microbiol . 54 : 709–34 . doi : 10.1146/annurev.micro.54.1.709 . PMID  11018142 .