磷酸盐(Phosphate)是天然 无机盐 类化合物。磷酸盐可分为简单磷酸盐和复杂磷酸盐。其中简单磷酸盐即为 正磷酸盐 ;复杂磷酸盐可以分为三类:直链 聚磷酸盐 、超磷酸盐和环状聚偏磷酸盐。 简单磷酸盐是正磷酸的各种盐,例如NaH 2 PO 4 、Na 2 HPO 4 、Na 3 PO 4 等。磷酸的 钠盐 、 钾盐 、 铵盐 以及所有的磷酸二氢盐都易溶于水,而磷酸一氢盐和磷酸正盐除钠、钾和 盐以外,一般都难溶于水。
磷酸盐是人体必需的 电解质 ,约占体重的 1%。成人的正常 血清 磷酸盐水平范围为 2.5 至 4.5 mg/dL。磷酸盐的正常血清水平往往随着年龄的增长而降低。 磷是植物生长发育过程中不可或缺的大量营养元素之一,它是植物体内 ATP 、 磷酸甘油酯 和 核酸 等许多代谢物和大分子的重要组成部分,参与了基因表达、信号 转导 等大量的 生物学 途径。磷主要以 正磷酸盐 ( 无机磷酸盐 )的形式被植物体吸收利用。
磷酸盐广泛用于 食品加工 中。例如肉制品加工中加入 复合磷酸盐 可以使肉的持水能力得到提高,嫩度有所改善,还可以起 抗氧化 护色保鲜作用。复合磷酸盐能增加 面筋 筋力,减少淀粉溶出物,增强 面条 弹性,提高面条表面光洁度。 可以用来治疗犬 周期性 二期或三期肥大 细胞 瘤,不论是否发生局限性淋巴结转移。 磷酸盐可以通过去除磷酸分子中的三个 质子 而形成磷酸根离子(PO 4 3- )。磷酸盐对农业和工业也具有经济意义。
特性
结构
磷酸盐是通过从正磷酸(H 3 PO 4 )中去除三个H 原子 而形成的,因此它获得负电荷,被称为共轭离子或 阴离子 。磷酸根的分子量为94.97g·mol -1 。它有一个中心磷原子,以四面体形式被4个氧原子包围,总共带有三个负电荷。
理化性质
物理性质
磷酸的 钠盐 、 钾盐 、 铵盐 以及所有的磷酸二氢盐都易溶于水,而磷酸一氢盐和磷酸正盐除钠、钾和铵盐以外,一般都难溶于水。
磷酸盐MPO 4 焙烧时不发生变化,但如果其中含有对热不稳定的 阳离子 ,也会发生分解,如:
化学性质
由于磷酸是 中强酸 ,所以它的 碱金属 盐都易于 水解 。如Na 2 HPO 4 和Na 3 PO 4 在水中发生如下水解反应使溶液呈碱性:
对于NaH 2 PO 4 除了发生水解反应,还可能发生 离解 作用,反应式为:
由于解离程度( K 解离 =6.2×10 -2 )比 水解 程度( K 水解 =10 -11 )大,因此显酸性。
磷酸根 离子在酸性条件下与饱和 仲钼酸铵 溶液混合后加热,能生成特征的 磷酸铵 黄色沉淀,此反应可用于分析鉴定。
常见分类
磷酸盐可分为简单磷酸盐和复杂磷酸盐。其中简单磷酸盐即为 正磷酸盐 ;复杂磷酸盐可以分为三类:直链 聚磷酸盐 、超磷酸盐和环状聚 偏磷酸盐 。构成复杂磷酸盐的基本结构单元仍然是磷氧四面体PO 4 。
简单磷酸盐
所谓简单磷酸盐是正磷酸的各种盐,例如NaH 2 PO 4 、Na 2 HPO 4 、Na 3 PO 4 、KH 2 PO 4 、CaHPO 4 、NH 4 H 2 PO 4 、(NH) 2 HPO 4 、K 3 PO 4 Ca 3 (PO 4 ) 2 、Zn 3 (PO 4 ) 2 等。简单磷酸盐比较重要的性质是:溶解性、 水解 性和稳定性。
磷酸的 钠盐 、 钾盐 、 铵盐 以及所有的磷酸二氢盐都易溶于水,而磷酸一氢盐和磷酸正盐除钠、钾和铵盐以外,一般都难溶于水。由于磷酸是 中强酸 ,所以它的 碱金属 盐都易于水解。磷酸正盐比较稳定,通常不易分解。但是磷酸一氢盐或磷酸二氢盐受热时易脱水缩合为 焦磷酸盐 或 偏磷酸盐 。
焦磷酸 盐是含有焦磷酸根(P 2 O 7 4- )的盐类。例如 焦磷酸钾 、 焦磷酸钠 及 酸式焦磷酸钠 等。焦磷酸钾三水合物为无色、易 潮解 的 晶体 ,比重2.33,300℃时失去全部 结晶水 。用 氢氧化钾 或 碳酸钾 与磷酸中和,控制一定的pH值,使生成 磷酸氢二钾 ,经浓缩蒸干,再于500℃左右灼烧脱水,即得白色块状或粉末状无水焦磷酸钾,后者在无 电镀 中用作 络合剂 。焦磷酸钠可用作 洗洁精 、软化剂等。酸式焦磷酸盐则由磷酸二氢盐制得。
偏磷酸盐 是磷酸盐的一种缩聚形式。具有PO 3 - 基,如 偏磷酸钙 、 偏磷酸钠 和 偏磷酸铵 等。主要用作肥料,也是化工基本原料之一。 碱金属 和镁的偏磷酸盐均溶解于水;其余的盐类则难溶于水或不溶于水,易溶于 硝酸 、过量的 偏磷酸 及过量的碱金属偏磷酸盐。
复杂磷酸盐
直链 聚磷酸盐 :直链聚磷酸盐是由两个或两个以上的PO 4 通过共用角顶氧原子形成直链结构。这类磷酸盐的通式是M n+2 P n O 3n+1 ,式中M是+1价金属离子,n是聚磷酸盐中的磷 原子数 。当n很大时,聚磷酸盐的 化学式 趋近于M n P n O 3n ,与聚 偏磷酸盐 化学式相同,常误称为偏磷酸盐。直链聚磷酸盐中最为人们熟知的是Graham's盐(俗称 六偏磷酸钠 ),是一种水溶性聚磷酸盐 玻璃体 ,具有近似于(NaPO 3 )的组成,它没有固定的 熔点 ,在水中具有较大的 溶解度 , 水溶液 具有很大的黏性,pH值在5.6~6.4之间。研究表明,它不是一种简单的化合物,而是一种具有高相对分子质量 聚磷酸盐 玻璃体(90%)和各种 偏磷酸盐 (10%)的 混合物 。
超磷酸盐 :具有支链笼状结构的聚磷酸盐称为超磷酸盐,通式也是M n+2 P n O 3n+1 ,超磷酸盐是无定形玻璃体,具有良好的可塑性。
环状聚 偏磷酸盐 :环状聚偏磷酸盐是由3个或3个以上的PO 4 通过共用氧原子而连接成环状结构,通式是(MPO 3 ) n 。常见的有环状三偏磷酸盐(六元环)和四偏磷酸盐(八元环)。
聚磷酸盐的重要 化学性质 有: 水解 作用、配合作用、 催化 作用和 高分子 性质。由于这些性质,奠定了 聚磷酸盐 在各方面的重要应用。
来源
自然界已发现的磷酸盐矿物有200余种。磷以五价形式存在,与氧构成[PO 4 ]四面体。与[PO 4 ]四面体结合的 阳离子 有Fe、Al、Ca、Mn、U、Na、Mg、Cu、Zn、Pb、Be等。四面体内为 共价键 ,与外部阳离子间为 离子键 。矿物中类质同象广泛。磷酸盐矿物中不仅有阳离子的类质同象代替,也有 阴离子 等价、异价类质同象代替。
海洋中 无机磷酸盐 分为溶解态和颗粒态两种。 水溶液 中溶解的无机磷酸盐存在如下平衡:
海洋中颗粒态 无机磷酸盐 主要以磷酸盐矿物存在于海水悬浮物和海洋 沉积物 中。其中 丰度 最大的是 磷灰石 ,约占 地壳 总磷量的95%以上。
磷酸盐矿物的化学成分复杂。其中,磷酸根可以被 酸根和钒酸根完全替代,形成 砷酸盐 矿物和钒酸盐类矿物。此外,氯离子、 氟化物 和 氢氧根 也可以进入晶格占位。通常将磷酸盐、砷酸盐和钒酸盐矿物归为一类,此类矿物种类繁多,大多数为少见或罕见矿物种。
已发现的磷酸盐、砷酸盐和钒酸盐矿物种有近800种,但仅有少量为常见矿物。常见的磷酸盐、砷酸盐和钒酸盐类矿物包括:砷 石、镧独居石、铈独居石(独居石)、 独居石、钐独居石、氯磷铅石、氯砷铅石、氯磷 石、氯钒铅石、 磷钇矿 、 绿松石 ( 绿松石 )、 银星石 、 光彩石 、水 磷铝石 、 蓝铁矿 、 铜铀云母 、 钙铀云母 、 氯磷灰石 、 氟磷灰石 、 羟基磷灰石 、青河石、 涂姓 磷钙石(涂氏矿)、西盟石、 天蓝石 、磷铝钠石、 臭葱石 、 钴华 、 鸟粪石 、 湘江 铀矿 、 大青山石 。
绝大多数磷酸盐矿物对称程度低,结晶成单斜、斜方、四方和 六方晶系 。 物理性质 变化较大, 无水 矿物硬度高于含水矿物, 莫氏硬度 最高不超过6.5。多数矿物 解理 发育程度为完全或中等。大多数矿物是外生成因,少数矿物( 磷灰石 、 磷矿 、 独居石 等)生成于内生条件和变质条件。
磷酸矿分布
世界磷矿储量近695亿吨(2019年),但分布不均,磷矿储量最为丰富的 北非 地区集中了全球80%以上的磷矿资源。该区域的 摩洛哥 和西 撒哈拉沙漠 是世界磷矿资源最为丰富的国家,2019年其磷矿储量达500亿t,占世界的近72%。世界上主要利用的磷矿类型为沉积型磷块岩矿,其最主要的成矿时代为震旦- 寒武纪 和中生代- 新生代 ,前者以中国西南部大量产出的海相磷矿床为代表,后者以从摩洛哥和西撒哈拉到 埃及 一带的北非磷矿成矿省最为典型。
2019年排名世界前10位的产磷国为中国、摩洛哥和西撒哈拉、 美国 、 俄罗斯 、 约旦 、 沙特阿拉伯 、 越南 、巴西、 埃及 和 秘鲁 , 磷矿 总产量逾2亿t,占世界总产量的89.29%。传统上美国、俄罗斯、 摩洛哥 和中国等是世界磷矿的主要出口地区,但随着 北非 和中东地区磷矿开发的不断深入和传统供给区资源的消耗,近年来磷矿供应中心向北非、中东地区转移。2018年世界磷矿粉出口前10位的国家有5个位于北非和中东地区,且北非的摩洛哥是第一大磷矿出口国。
在磷肥的进出口方面,近年世界磷肥进口国主要有 印度尼西亚 、巴西、 美国 、 马来西亚 、 法国 、 澳大利亚 、 孟加拉国 、 罗马尼亚 、 巴拉圭 和 荷兰 等,出口国有中国、 埃及 、 摩洛哥 、 以色列 、澳大利亚、荷兰、 黎巴嫩 、 墨西哥 、 秘鲁 、 阿根廷 等。其中,曾经的磷肥出口大国美国,在2006年后逐渐转为磷肥进口国; 磷矿 进口大国 印度 的磷肥近年来基本实现自给。中国以不占优势的磷矿储量(2019年为32亿t,占世界储量的4.61%),在磷肥生产上除满足本国需要外还保持世界第一的磷肥出口,近10年来的磷肥出口量都占世界的18%以上,磷矿资源消耗速度快,资源形势严峻。
常见磷酸矿物及其性质
磷灰石族
磷灰石族的 化学 组成为Ca 5 [PO 4 ] 3 (F,Cl,OH),其中还含有 氧化钙 :54.58%,P 2 O 5 :41.36%,F:1.23%,Cl:2.27%,H 2 O:0.56%。成分中的钙常被 稀土元素 和 微量元素 Sr代替,稀土含量不超过5%。按照附加 阴离子 不同有以下变种: 氟磷灰石 ( 氟磷灰石 )Ca 5 [PO 4 ] 3 F、 氯磷灰石 (chlorapatite)Ca 5 [PO 4 ] 3 Cl、 羟基磷灰石 (hydroxylapatite)Ca 5 [PO 4 ] 3 (OH)、碳磷灰石( 碳酸根 apatite)Ca 5 [PO 4, CO 3 (OH)] 3 (F,OH)。常见的是 磷灰石 ,即一般所指的磷灰石。其 晶体结构 为 六方晶系 ,晶体形态是六方双锥晶类,常呈短柱、短 柱状 、厚板状或板状晶形。主要单形有六方柱、六方双锥、平行双面及其聚形。集合体呈粒状、致密块状。无杂质的 磷灰石 为无色,常呈浅绿、黄绿、褐红、浅紫色。含有机质被染成深灰至黑色。呈透明至半透明,玻璃光泽, 断口 油脂光泽。 莫氏硬度 为5。加热有 磷光 。其可用于制取磷肥、也用来制造 白磷 、磷酸、 磷化物 及其他磷酸盐类。
绿松石族
绿松石的 化学 组成为Cu(Al,Fe) 6 (H 2 O) 2 (PO 4 ) 4 (OH) 8 。P 2 O 5 :34.9%,AI 2 O 3 :37.60%,CuO:9.87%,H 2 O: 17. 72%。成分中AI与Fe可成完全类质同象代替。富铝端员称绿松石,富铁端员称 磷铜 铁矿 。Cu可被Zn作不完全类质同象代替。绿松石的 晶体结构 为 三斜晶系 ,形态属于平行双面晶类。 晶体 少见,在 电子显微镜 下(放大3000~5000倍)能见到微小晶体。偶尔见到 柱状 晶体。主要单形有平行双面及其聚形。常呈隐晶质,可成致密块状、 葡萄 状、豆状等。其颜色多呈天蓝色、淡蓝色、绿蓝色、绿色或带绿的苍白色。含铜的 氧化物 时呈蓝色,含铁的氧化物时呈绿色,白色或绿色条痕。 莫氏硬度 为5~6。在 长波 紫外光下,可发淡绿到蓝色的 荧光 。
绿松石 为含铜 硫化物 及含磷、铝的岩石经风化淋滤作用形成。优质绿松石为宝石原料。绿松石质地细腻、柔和,硬度适中。通常分为4个品种,即瓷松、 绿松 、泡(面)松及铁线松等。
应用
医药领域
磷酸盐可以用来治疗犬 周期性 二期或三期肥大细胞瘤,不论是否发生局限性淋巴结转移。本品可能对犬的各种肿瘤有效,如 肉瘤 、癌、 恶性黑素瘤 和 骨髓瘤 。本品在节律性治疗(低剂量化疗和用抗癌药抑制肿瘤血管发生)中的作用正在研究中。
农业领域
磷在农业中起着至关重要的作用。磷对植物在 光合作用 、呼吸作用、 细胞 分裂等各种活动中起着重要作用。磷含量对 豆类 作物的根系发育、茎强化、花和种子发育、果实快速成熟、固氮和植物的充分发育起着非常重要的作用。
磷在土壤中迁移率低,可利用率低,而且由于自身的 化学 特性,决定了其容易被土壤中的 阳离子 或 有机化合物 固定。这些原因使得大约 70%的耕地中有效磷含量都低于植物营养生长和生殖生长所需要的最适浓度。有效磷含量低也因此成为影响农作物生长和农业生产的限制因素。由于磷容易被土壤中的阳离子或有机化合物固定,所以导致农作物种植过程中施用的磷肥利用率很低。
工业领域
磷酸盐玻璃
玻璃中主要成分为P 2 O 5 的被称为磷酸盐玻璃。P 2 O 5 在玻璃形成中起着重要作用。由于磷的 化合价 为+5,它可以通过sp 3 d杂化形成[PO 4 ]四面体,这也是玻璃层状结构的基础。然而,如果只用 五氧化二磷 作为玻璃形成体,那么这种纯磷酸盐玻璃的 化学 稳定性会很差,实际应用价值不如 硅酸盐 玻璃和 硼酸盐 玻璃。
为了改善磷酸盐玻璃的性能,可以引入 碱金属 (R 2 O)、 碱土金属 (RO)或其他高价金属 氧化物 来形成多元体系的磷酸盐玻璃。这种玻璃具有透 紫外线 、低色散、低 熔点 等特点,因此经常被用来制造各种特殊用途的玻璃,如低色散 光学玻璃 、透紫外线玻璃、吸热玻璃、低熔点封接玻璃、耐氟酸玻璃等。
此外,磷酸盐玻璃对于 稀土 离子的 溶解度 很高,这使得稀土离子在其中的光谱性能好、非线性系数小,因此它也被广泛用作 激光 玻璃介质。关于磷酸盐激光玻璃的研究最早始于20世纪70年代,已经开发了掺Nd磷酸盐玻璃、掺Er磷酸盐玻璃和掺Yb磷酸盐玻璃等多种类型,其应用领域涵盖了激光聚变、 激光武器 、激光测距、光通信 波导 放大器 、超短 脉冲激光器 等多个领域。
磷酸盐燃料电池
磷酸盐燃料电池(PAFC)作为第一代燃料电池技术,是一种使用液体磷酸作为 电解质 的燃料电池。它们是第一批商业化的燃料电池,从1960年代中期开始开发,并自1970年代以来经过现场测试,在稳定性、性能和成本方面都有显着提高。这些特性使PAFC成为早期固定应用的良好候选者。
PAFC的工作原理是基于电极反应, 阳极 反应为2H 2 (g)→4H + +4e - , 阴极 反应为O 2 (g)+4H + +4e - →2H 2 O。整体电池反应为2H 2 +O 2 →2H 2 O。电解质是在 碳化硅 ( 碳化硅 ) 基体 中饱和的高浓度或纯液体磷酸(H 3 PO 4 )。工作范围约为150至210°C。 电极 由涂有精细分散的 铂催化剂 的碳纸制成。
食品领域
在肉、鱼禽类制品方面
肉制品加工中加入 复合磷酸盐 可以使肉的持水能力得到提高,嫩度有所改善,还可以起 抗氧化 护色保鲜作用。有报道复合磷酸盐可防止虾头变黑;防止 鱼丸 、 虾球 、蟹肉腐败变质;防止 鱼糜 制品 蛋白质 的冷冻 变性 ;改善猪肉、牛肉、 狗肉 等肉制品持水性和切片性。由 焦磷酸钠 、 三聚磷酸钠 、 六偏磷酸钠 复配而成的复合磷酸盐,应用于鲜切猪里脊肉肌球蛋白热诱导 凝胶 保水性方面,比使用单一磷酸盐后凝胶的保水效果好;应用于低温冷藏肉中,通过提高pH(由5.58上升到6.38)使肌球蛋白热诱导凝胶的保水性由70.03%提高到87.54%,同时抑制了细菌等微生物的生长繁殖。
在美国, 卡拉胶 磷酸盐添加剂已成功地用于生产低脂、低盐、低热量和高 蛋白质 的具有保健作用的禽肉商品。这类 食品添加剂 主要用来保持禽肉中水分,并使产品 中盐 含量比原来减少50%,此外还有增加蒸煮禽肉产品的体积、保持产品香味、改良结构、提高可切性等特点。
在粮油制品方面
复合磷酸盐 能增加 面筋 筋力,减少淀粉溶出物,增强 面条 弹性,提高面条表面光洁度。如使用 偏磷酸钠 、 焦磷酸钠 、 三聚磷酸钠 复配在面条中能明显提高面条的食用品质,降低 面汤 浊度 ,减少“浑汤”现象。复合磷酸盐在 曲奇饼干 、面包、 蛋糕 等焙烤 食品加工 中可使 酵母面团 改良,改善面团流变特性,控制pH使酵母菌保持最高活性, 聚磷酸盐 还能抑制微生物的生长繁殖。在 烘焙 过程中磷酸盐能与碱性物质发生化学反应释放气体,有利于面团的膨松。 复合磷酸盐 在 速冻馒头 中的应用特点是:可减少馒头解冻后开裂现象的发生,减少馒头在成型、醒发、蒸制过程中水分的损失,增加馒头的膨松度和光泽。
复合磷酸盐 在 速冻水饺 的应用,在肉馅中添加磷酸盐后,能改善肉的色泽、增加嫩度、弹性和保水率。在肉和蔬菜等混合馅中添加磷酸盐能增加馅料的保水能力,防止解冻后汁液流出和蔬菜的褐变,从而解决 饺子 解冻后饺皮颜色加深的问题,同时馅料中添加磷酸盐还能明显改善饺子的口感。在 面皮 中添加磷酸盐则可改善饺皮色泽,增加弹性和爽滑感。 复合磷酸盐 用于 方便米饭 ,可使产品不易回生,口味较好。
在饮料制品方面
复合磷酸盐在各种 软性饮料 、啤酒、 葡萄酒 和其他酒精饮料中用作 防腐剂 、澄清剂、 中和剂 和酸化剂。 复合磷酸盐 一方面能延长 果汁饮料 的酸味时间,而且添加时间不同对改善果汁饮料口感效果也不同,另一方面可以协同其他 发色剂 ,对果汁饮料具有增强护色的作用。
在乳制品方面
复合磷酸盐 可防止 黄油 与水相分离,可使 蛋白质 变性 、增溶,防止 凝胶 形成。在干酪生产磷酸盐能结合副络蛋白 配位化合物 上的钙,有助于脂肪分散,使干酪制品质构均匀、光滑。另外磷酸盐的 阴离子 还参与构成蛋白质分子间的离子桥,使加工干酪中的脂肪夹杂在一个稳定的基质中。
在果蔬制品方面
利用 复合磷酸盐 的抑菌护色作用应用于果蔬保鲜,延长其 保质期 。有研究用由食品级 焦磷酸钠 、 维生素c 、 柠檬酸 按1:0.1:2复配而成的 复合磷酸盐 配方,应用于鲜切青苹果具有较好的抗酶促褐变和护绿的双重功效,对 多酚氧化酶 的活性抑制率达到99.8%以上,保鲜期可达4~7d。另有研究发现,将由0.1‰ 植酸 、0.2‰异维生素C钠、0.6‰多 聚磷酸盐 、0.1‰EDTA二钠组成的复合磷酸盐应用于鲜切马铃薯保鲜时,可将其保鲜期从4~8d延长至180d,马铃薯色泽依旧良好,无明显褐变或色泽加深现象。利用磷酸盐的 合作用,可以软化水果果皮,在 果胶 提取工艺中, 复合磷酸盐 可以有效地破碎组织 细胞 ,大大提高了果胶的提取效率。
生理作用
人体
磷酸盐是人体必需的 电解质 ,约占体重的 1%。成人的正常 血清 磷酸盐水平范围为 2.5 至 4.5 mg/dL。磷酸盐的正常血清水平往往随着年龄的增长而降低,其最高水平见于婴儿,即 4.5 至 8.3 mg/dL,约占 50%高于成人;这是因为婴儿和儿童的生长和发育需要更多的磷酸盐。
肠的磷吸收
所有肠段都吸收磷酸盐,而空肠是最活跃的部位。每日约200mg磷酸盐随消化液,主要是唾液与胆汁分泌入胃肠道,其中2/3被重吸收。主要吸收机制有两种。其一,主要位于 十二指肠 ,是依赖于钠的主动转运,受 砷酸盐 、 二磷酸盐 、汞、CT的抑制。1,25(OH) 2 D 3 ,增加主动转运。其二,位于空肠与回肠,与肠腔磷酸盐浓度呈 线性关系 。当摄入磷酸盐减少时,主动吸收成为主要的吸收方式。
维生素D 增加磷酸盐吸收不依赖于它对钙吸收的作用。PTH通过刺激1,25(OH) 2 D 3 合成,间接增加肠道磷吸收。钙通过在肠腔内与磷形成不溶性 混合物 ,减少钙、磷吸收及其 生物利用度 。当钙:磷比值大于3时,可引起磷酸盐吸收减少导致磷缺乏。另外一个与磷酸盐形成不溶性混合物的阳离于是铝。另外,肠腔内低钠可减少磷酸吸收,高钾则增加其吸收。
骨塑造与再造
磷酸盐对骨功能的影响大都是间接的,这些间接作用包括刺激PTH分泌,减少1,25(OH) 2 D 3 合成和对其他 旁分泌 、自分泌激素起作用等。低血磷导致骨矿化缺陷如骨软化或 佝偻病 。而在 组织培养 中,周围磷浓度与骨消溶成反比。
肾排泄
净磷重吸收具有饱和性。当 血浆 磷浓度升高,磷重吸收会达到一个平台(转运最大量,TmPO 4 )。由于GFR变化,TmPO 4 不是固定不变的,用TmP/GFR可表示磷的肾阈值。它代表当血浆高于某值时, 尿磷 开始升高。
在 肾单位 水平,约85%的滤过磷被浅表近肾小管的前段重吸收。磷重吸收部位分布于整个肾单位,但较集中在近肾小管。无PTH时,磷重吸收在近肾小管直段。缺磷时。浅表近肾小管对缺磷状态更敏感。
磷转运的 细胞 内机制包括顶端与基底侧膜转运机制。磷重吸收依赖于腔Na + 浓度。有Na + 时,转运呈单向,受箭毒与Na + -K + - ATP 酶抑制剂的抑制。因 细胞 顶端Na + 梯度 的维持需基底侧膜的Na + -K + - ATP 酶将钠排出,跨顶端膜的钠梯度是磷进入细胞的驱动力。经细胞的磷转运,是继发性的主动转运。钠对这种转运呈高度特异性,其他 阳离子 如锂、钾等无此作用。 葡萄糖 、氨基酸也用类似的方法转运,后两者在小管的量升高时,可减少磷重吸收pH7.4时,Na + -磷共转运呈电中性。两个Na + 与一个二元磷阳离子相 配对 。已发现多种Na + -磷共转运蛋白。
基膜磷转运研究不够深入。有证据表明磷离开 细胞 通过①具有对磷的特殊 底物 的 阴离子 交换系统;②Na + -依赖的磷共转运系统;③由 电势能 驱动的磷转运。通过构型改变的磷转运调节是一个短期调节。管腔酸化减少磷转运,细胞内酸化增加磷转运。管腔Na + 梯度 升高,可刺激磷转运。低Na + 浓度时,pH很重要,pH8.0时的Na + 作用比pH7.0时要大。当Na + 浓度达到饱和(150mmol/L)时,pH几乎没有影响。 细胞质 钠则减少磷转运。
PTH增加 尿磷 排泄。PTH与其近肾小管的受体结合,通过GTP结合蛋白与腺 酸环化酶偶合,产生第二信使。后者使cAMP依赖的 蛋白激酶 磷酸化 。
植物
磷是植物生长发育过程中不可或缺的大量营养元素之一,它是植物体内 ATP 、 磷脂 和 核酸 等许多代谢物和大分子的重要组成部分,参与了基因表达、信号 转导 等大量的 生物学 途径。磷主要以 正磷酸盐 ( 无机磷酸盐 )的形式被植物体吸收利用。
土壤中的磷酸盐被植物吸收以后,少数仍以离子状态存在于体内,大多数同化成 有机化合物 ,如磷酸糖、 磷脂 和 核苷酸 等。同化部位不限,根和地上部位都一样。在 线粒体 中,磷酸盐通过 氧化磷酸化 使NADH(或 琥珀酸 )氧化为ATP。在 叶绿体 中, 光合磷酸化 也可形成 ATP 。
除了在 线粒体 和叶绿体中进行这些反应以外,在胞质溶胶中也可以通过转磷酸作用形成 ATP 。例如,在 糖酵解 中,甘油醛-3-磷酸在甘油醛-3-磷酸 脱氢酶 作用下,与H 2 PO 4 - 结合,把 无机化合物 磷酸掺入1- 二磷酸甘油酸 ,进一步在磷酸甘油酸 激酶 催花 下,1-二磷酸甘酸的磷酸转移,形成3-磷酸甘油酸和ATP。这就是 底物 水平的 磷酸化 反应。
健康影响
高磷血症 比较少见。引起高磷酸盐血症的最主要原因有:肾功能不足、 甲状旁腺功能低下 (包括假性甲状旁腺功能低下)、活动性枝端肥大症、含磷酸盐的药物灌喂过量和急性组织损伤(包含 横纹肌 崩解和治疗恶性疾病对组织 细胞 的负影响)等。另外, 糖尿病 中毒时,由于酸中毒引起细胞内磷的大量释放、 内环境 容积减小而降低肾对磷的排出,亦可引起 高磷酸盐血症 。
纠正高磷酸盐血症的方法有:限制膳食含磷量、采用结合磷酸盐的抗酸剂以控制磷酸盐的摄入;也可用膜岛素处理或透析疗法等配合输液以促进磷的排出。