In chemistry, pyrophosphates are  phosphorus oxyanions that contain two phosphorus atoms in a P–O–P linkage. A number of pyrophosphate salts exist, such as disodium pyrophosphate (Na2H2P2O7) and tetrasodium pyrophosphate (Na4P2O7), among others. Often pyrophosphates are called diphosphates.  The parent pyrophosphates are derived from partial or complete neutralization of pyrophosphoric acid. The pyrophosphate bond is also sometimes referred to as a phosphoanhydride bond, a naming convention which emphasizes the loss of water that occurs when two phosphates form a new P–O–P bond, and which mirrors the nomenclature for anhydrides of carboxylic acids. Pyrophosphates are found in ATP and other nucleotide triphosphates, which are important in biochemistry. The term pyrophosphate is also the name of esters formed by the condensation of a phosphorylated biological compound with inorganic phosphate, as for dimethylallyl pyrophosphate. This bond is also referred to as a high-energy phosphate bond.

Acidity
Pyrophosphoric acid is a tetraprotic acid, with four distinct pKa's:
, pKa = 0.85
, pKa = 1.96 
, pKa = 6.60
, pKa = 9.41 
The pKa's occur in two distinct ranges because deprotonations occur on separate phosphate groups.  For comparison with the pKa's for phosphoric acid are 2.14, 7.20, and 12.37.

At physiological pH's, pyrophosphate exists as a mixture of doubly and singly protonated forms.

Preparation
Disodium pyrophosphate is prepared by thermal condensation of sodium dihydrogen phosphate or by partial deprotonation of pyrophosphoric acid.

Pyrophosphates are generally white or colorless.  The alkali metal salts are water-soluble. They are good complexing agents for metal ions (such as calcium and many transition metals) and have many uses in industrial chemistry.  Pyrophosphate is the first member of an entire series of polyphosphates.

In biochemistry 
The anion  is abbreviated PPi, standing for inorganic pyrophosphate. It is formed by the hydrolysis of ATP into AMP in cells.
ATP → AMP + PPi

For example, when a nucleotide is incorporated into a growing DNA or RNA strand by a polymerase, pyrophosphate (PPi) is released. Pyrophosphorolysis is the reverse of the polymerization reaction in which pyrophosphate reacts with the 3′-nucleosidemonophosphate (NMP or dNMP), which is removed from the oligonucleotide to release the corresponding triphosphate (dNTP from DNA, or NTP from RNA).

The pyrophosphate anion has the structure , and is an acid anhydride of phosphate. It is unstable in aqueous solution and hydrolyzes into inorganic phosphate:
 + H2O → 2 
or in biologists' shorthand notation:
PPi + H2O → 2 Pi + 2 H+

In the absence of enzymic catalysis, hydrolysis reactions of simple polyphosphates such as pyrophosphate, linear triphosphate, ADP, and ATP normally proceed extremely slowly in all but highly acidic media.

(The reverse of this reaction is a method of preparing pyrophosphates by heating phosphates.)

This hydrolysis to inorganic phosphate effectively renders the cleavage of ATP to AMP and PPi irreversible, and biochemical reactions coupled to this hydrolysis are irreversible as well.

PPi occurs in synovial fluid, blood plasma, and urine at levels sufficient to block calcification and may be a natural inhibitor of hydroxyapatite formation in extracellular fluid (ECF). Cells may channel intracellular PPi into ECF. ANK is a nonenzymatic plasma-membrane PPi channel that supports extracellular PPi levels. Defective function of the membrane PPi channel ANK is associated with low extracellular PPi and elevated intracellular PPi. Ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase (ENPP) may function to raise extracellular PPi.

From the standpoint of high energy phosphate accounting, the hydrolysis of ATP to AMP and PPi requires two high-energy phosphates, as to reconstitute AMP into ATP requires two phosphorylation reactions.
AMP + ATP → 2 ADP
2 ADP + 2 Pi → 2 ATP

The plasma concentration of inorganic pyrophosphate has a reference range of 0.58–3.78 µM (95% prediction interval).

Terpenes
Isopentenyl pyrophosphate converts to geranyl pyrophosphate, the precursor to tens of thousands of terpeness and terpenoids.

As a food additive

Various diphosphates are used as emulsifiers, stabilisers, acidity regulators, raising agents, sequestrants, and water retention agents in food processing. They are classified in the E number scheme under E450:
E450(a): disodium dihydrogen diphosphate; trisodium diphosphate; tetrasodium diphosphate (TSPP); tetrapotassium diphosphate
E450(b): pentasodium and pentapotassium triphosphate
E450(c): sodium and potassium polyphosphates

In particular, various formulations of diphosphates are used to stabilize whipped cream.

See also 

 Adenosine monophosphate
 Adenosine diphosphate
 Adenosine triphosphate
 ATPase
 ATP hydrolysis
 ATP synthase
 Biochemistry
 Bone
 Calcium pyrophosphate
 Calcium pyrophosphate dihydrate deposition disease
 Catalysis
 DNA
 High energy phosphate
 Inorganic pyrophosphatase
 Nucleoside triphosphate
 Nucleotide
 Organophosphate
 Oxidative phosphorylation
 Phosphate
 Phosphoric acid
 Phosphoric acids and phosphates
 RNA
 Sodium pyrophosphate
 Superphosphate
 Thiamine pyrophosphate
 Tooth
 Zinc pyrophosphate

References

Further reading

External links

 
Anions
Dietary minerals
Molecular biology
Nucleotides
E-number additives
피로인산염()은 화학에서 P–O–P 결합에 2개의 인 원자를 포함하고 있는 인 산소 음이온이다. 피로인산 이나트륨(Na2H2P2O7) 및 피로인산 사나트륨(Na4P2O7)과 같은 많은 피로인산염들이 존재한다. 피로인산염은 종존 이인산염()이라고도 불린다. 모체가 되는 피로인산염은 피로인산의 부분적 또는 완전한 중화로부터 유도된다. 피로인산 결합은 때때로 인산 무수물 결합이라고도 하며, 이는 2개의 인산염이 새로운 P–O–P 결합을 형성할 때 일어나는 탈수를 강조하는 명명 규칙이며, 이는 카복실산 무수물의 명명법을 반영한다. 피로인산은 생화학에서 매우 중요한 ATP 및 기타 뉴클레오사이드 삼인산에서 발견된다.

피로인산염은 인산염을 가열하여 제조되기 때문에 피로인산염이라는 이름(, 로마자 표기: pyr, pyros, 직역: "불(fire)")이 되었다. 보다 정확하게는 인산을 축합 반응이 일어날 정도로 가열하여 생성한다.

피로인산염은 일반적으로 흰색 또는 무색이다. 알칼리 금속염은 수용성이다. 이들은 금속 이온(칼슘 및 많은 전이 금속과 같은)에 대한 우수한 착화제이며 산업 화학에서 많이 사용된다. 피로인산염은 전체 폴리인산염 계열의 첫 번째 구성원이다.

피로인산이라는 용어는 다이메틸알릴 피로인산과 같이 무기 인산과 인산화된 생물학적 화합물의 축합에 의해 형성되는 에스터의 이름이기도 하다. 이 결합은 고에너지 인산 결합이라고도 한다.

생화학에서 
음이온 는 PPi로 약칭되며 무기 피로인산염(inorganic pyrophosphate)을 나타낸다. 피로인산은 세포에서 ATP가 AMP로 가수분해되어 형성된다.
ATP → AMP + PPi

예를 들어 뉴클레오타이드가 중합효소에 의해 신장되는 DNA 또는 RNA 가닥에 첨가되면 피로인산(PPi)이 방출된다. 가피로인산분해(pyrophosphorolysis)는 피로인산이 3'-뉴클레오사이드 일인산(NMP 또는 dNMP)와 반응하는 중합반응의 역반응으로, 올리고뉴클레오타이드로부터 제거되는 상응하는 뉴클레오사이드 삼인산(DNA로부터 dNTP 또는 RNA로부터 NTP)를 방출한다.

피로인산 음이온은 의 구조를 가지며 인산염의 산 무수물이다. 피로인산 음이온은 수용액에서 불안정하며 무기 인산으로 가수분해된다.
 + H2O → 2 
또는 생물학자들의 약칭 표기법:
PPi + H2O → 2 Pi + 2 H+

효소 촉매작용이 없는 경우 피로인산, 선형 삼인산, ADP, ATP와 같은 단순 폴리인산의 가수분해 반응은 일반적으로 매우 산성인 매질을 제외한 모든 매질에서 매우 느리게 진행된다.

이 반응의 역반응은 인산염을 가열하여 피로인산염을 제조하는 방법이다.

무기 인산염으로의 이러한 가수분해는 ATP의 AMP와 PPi로의 분해를 비가역적인 반응으로 효과적으로 만들고, 이러한 가수분해와 결합된 생화학적 반응도 비가역적인 반응이 된다.

PPi는 활액, 혈장, 소변에서 석회화를 차단하기에 충분한 수준으로 생성되며, 세포외액에서 수산화인회석 형성의 천연 저해제일 수 있다. 세포는 세포 내 PPi를 세포외액으로 전달할 수 있다. ANK는 세포 외 PPi 수준을 지원하는 비효소적 막 PPi 통로이다. 막 PPi 통로 ANK의 기능 결함은 낮은 세포 외 PPi 및 높은 세포 내 PPi와 관련이 있다. 엑토뉴클레오타이드 피로포스파테이스/포스포다이에스터레이스(ENPP)는 세포 외 PPi를 높일 수 있는 기능을 가지고 있다.

고에너지 인산 계산의 관점에서 ATP를 AMP와 PPi로 가수분해하려면 2개의 고에너지 인산이 필요하며, AMP를 ATP로 재구성하려면 2번의 인산화 반응이 필요하다.
AMP + ATP → 2 ADP
2 ADP + 2 Pi → 2 ATP

무기 피로인산의 혈장 농도는 0.58–3.78 µM (95% 예측 구간)의 참조 범위이다.

테르펜 
아이소펜테닐 피로인산은 수만 가지의 테르펜 및 테르페노이드의 전구체인 제라닐 피로인산으로 전환된다.

식품 첨가물 
다양한 피로인산은 식품 가공에서 유화제, 안정제, 산도 조절제, 팽창제, 격리제 및 수분 보유제로 사용된다. 이들은 E 번호 체계에서 E450으로 분류된다.
E450(a): 피로인산 이나트륨, 피로인산 삼나트륨, 피로인산 사나트륨(TSPP), 피로인산 사칼륨
E450(b): 삼인산 오나트륨, 삼인산 오칼륨
E450(c): 폴리인산 나트륨, 폴리인산 칼륨

특히 휘핑 크림을 안정화시키기 위해 다양한 피로인산 제형이 사용된다.

같이 보기 

 아데노신 일인산
 아데노신 이인산
 아데노신 삼인산
 ATP가수분해효소 (ATPase)
 ATP 가수분해
 ATP 생성효소
 생화학
 뼈
 피로인산 칼슘
 피로인산 칼슘 이수화물 결정 침착 질환
 촉매
 DNA
 고에너지 인산 결합
 무기 피로인산가수분해효소
 뉴클레오사이드 삼인산
 뉴클레오타이드
 유기인산
 산화적 인산화
 인산염
 인산
 인산과 인산염
 RNA
 피로인산 사나트륨
 중과린산 석회
 티아민 피로인산
 이
 피로인산 아연

각주

더 읽을거리

외부 링크 

 
 

 
음이온
무기질
분자생물학
뉴클레오타이드
E 번호 첨가제