Composés inorganiques
Phosphates

En biologie, le phosphore se trouve sous forme d'ion phosphate libre en solution, appelé phosphate inorganique ($\ce{Pi}$), pour le distinguer des phosphates liés dans divers esters de phosphate.

Ions phosphate

1. L'ion phosphate en lui-même de formule brute $\ce{-PO4^3-}$ comprend un atome de phosphore central entouré par quatre atomes d'oxygène formant un tétraèdre et contenant trois charges négatives.

L'acide phosphorique comporte, dès lors, des bases conjuguées :

• $\ce{H3PO4}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{H+ +\,H2PO4^-}$ (dihydrogénophosphate),
• $\ce{H2PO4^-}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{H+ +\,HPO4^2-}$ (hydrogénophosphate),
• $\ce{HPO4^2-}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{H+ +\,PO4^3-}$ (orthophosphate ou phosphate).

2. Dans les limites physiologiques du pH (homéostasie), le phosphate inorganique est composé de $\ce{H2PO4^2-}$ et de $\ce{H2PO4-}$.

• On l'appelle, en général Pi mais, dans la plupart des cas, les scientifiques gardent ce nom que pour $\ce{HPO4^2-}$.
• PI est un sigle courant avec d'autres significations, comme par exemple phosphoinositides.

Estérification des ions phosphate

Les phosphates subissent des réactions chimiques dont la plus importante est sans doute l'estérification qui conduit aux organophosphates ou esters phosphate, qui constituent :

• les acides nucléiques, nucléosides et nucléotides,
• de nombreux cofacteurs essentiels à la vie,
• des molécules toxiques pour l'organisme.

1. L'estérification, remplacement d'un groupe hydroxyle ($\ce{-OH}$), par un groupe alcoxyle ($\ce{-O-R'}$), appelé aussi alkoxy, , groupe alkyle (alkane ayant perdu un atome d'hydrogène) lié à l'oxygène, $\ce{R-O}$.

En général, cette estérification du phosphate se fait par un alcool ($\ce{R-OH}$), un énol ($\ce{C=C−OH}$), un phénol ($\ce{-C6H5-OH}$), …

2. Une estérification double est à l'origine de la liaison phosphodiester, i.e. liaison entre deux des groupes hydroxyles de l'acide phosphorique avec deux groupes hydroxyles de deux autres molécules pour former deux liaisons ester.

C'est le cas par exemple des phosphoinositides, et leur molécule de base, le phosphatidylinositol (PtdIns).

Polymères de phosphate

Les phosphates peuvent former des polymères :

1. Les pyrophosphates ou diphosphates ou PPi, i.e. $\ce{P2O7^4-}$, sont formés dans les cellules par l'hydrolyse de l'ATP en AMP.

$\ce{ATP}$ $\leftrightharpoons$
$\ce{AMP + P-Pi}$

PPi est instable en solution aqueuse et se décompose.

$\ce{PPi + H2O}$ $\longrightarrow$ $\ce{2Pi}$

a. Le pyrophosphate est un anhydride (qui a perdu des molécules d'H₂O), i.e. composé de deux groupe acyle ($\ce{R-C(=O)-}$) liés par le même oxygène résultant de la réaction chimique entre deux acides, dans ce cas là deux phosphates.

b. Les phosphates peuvent aussi se lier à des acides carboxylique ($\ce{-C(=O)OH}$.

Remarque : l'hydrolyse des les liaisons phosphoanhydrides (ou pyrophosphates) $\ce{P-O-P}$ sont des liaisons riches en énergie ( hydrolyse de l'ATP).

2. Les triphosphates, i.e. $\ce{P4O10^5-}$, sont des phosphates à haute énergie ou high-energy phosphate (composés " riches en énergie ").

Le clivage de leur liaison par hydrolyse libère une importante quantité d'énergie (réaction exergonique) comme dans l'hydrolyse de l'ATP (nucléosides diphosphate et triphosphates).