2466-09-3 / 焦磷酸的應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

焦磷酸易溶于水，在冷水中慢慢地轉(zhuǎn)化為磷酸，在酸性溶液中加熱會較迅速地水解成磷酸。它是四元酸，水溶液的酸性比磷酸強，電離常數(shù)分別為K₁>1.4×10^-1，K₂＝3.2×10^-2，K₃＝2.5×10^-7，K₄＝5.6×10^-10。這完全符合縮合酸的縮合程度越大，酸性越強的一般規(guī)律。它能形成兩種類型的鹽，即M¹₄P₂O₇和M¹₂H₂P₂O₇，都有毒性。

焦磷酸根(P₂O^4-₇)有很強的配合性，可以和Mn²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Pb²⁺，Ag⁺等形成配離子，如Cu(P₂O₇)^2-，Mn₂(P₂O₇)4^-2等，常被應(yīng)用于電鍍工業(yè)。焦磷酸根和銀鹽作用生成白色沉淀，但不使蛋白質(zhì)沉淀，這與偏磷酸鹽不同，借此可鑒別它們。

結(jié)構(gòu)

應(yīng)用^[2-3]

焦磷酸常用做催化劑、隱蔽劑及用于制備有機磷酸酯等方面。其應(yīng)用舉例如下：

1. 制備一種磷氧化物改性微孔分子篩擇形催化劑的，

以微孔分子篩ZSM-5或MCM-22為基體，以焦亞磷酸、連二磷酸、異連二磷酸、焦磷酸、三磷酸或過二磷酸為磷氧化物的前驅(qū)體通過浸漬及程序升溫焙燒的方法將磷氧化物負載于微孔分子篩外表面，其中磷氧化物與微孔分子篩的質(zhì)量比為1：6-1：20。得到的擇形催化劑對甲苯歧化和乙苯歧化過程都有很好的擇形催化性能，而且催化劑制備方法簡單。

2. 焦磷酸測序技術(shù)。

焦磷酸測序技術(shù)(Pymsequencing)是由Nyren 等人于1987 年發(fā)展起來的一種新型的DNA 測序技術(shù)，其核心是由四種酶催化的同一反應(yīng)體系中的酶級聯(lián)反應(yīng)，四種酶分別為：DNA 聚合酶(DNA poly -merase)、ATP 硫酸化酶(ATP sulfurylase)、熒光素酶(luciferase)和雙磷酸酶(apyrase)，反應(yīng)底物為5' -磷酰硫酸(adenosine 5' -phosphosulfate，APS)、熒光素(luciferin)，反應(yīng)體系還包括待測序DNA 單鏈和測序引物。

具體原理是：引物與模板DNA 退火后，在上述四種酶的協(xié)同作用下，每一個dNTP 的聚合與一次熒光信號的釋放偶聯(lián)起來，以熒光信號的形式實時記錄模板DNA 的核苷酸序列。

1）在分子診斷學方面的應(yīng)用：焦磷酸測序技術(shù)可以快速、準確地進行短DNA 序列分析，通量高，操作方便，便于構(gòu)建標準化操作流程，因而頗受諸多研究者的歡迎。Monstein 等用焦磷酸測序技術(shù)檢測幽門螺旋桿菌(Helieobacterpylori)16S rRNA 基因(16S rDNA)易變的V1 和V3 區(qū)序列，將胃鏡活檢標本中得到的23個幽門螺旋桿菌標本依據(jù)其V1 區(qū)(第75 ～100)的核苷酸序列差異，鑒定出6 種不同的等位基因類型，除11 個樣本與幽門螺旋桿菌26695 株序列一致，1個樣本與J99 株的序列一致外，根據(jù)V1 區(qū)的改變表現(xiàn)為有1 個或2 個核苷酸的突變或單個核苷酸的插入而分為4 個等位基因類型。

另有2 個標本的V3區(qū)(第990～1020)出現(xiàn)C 至T 轉(zhuǎn)換，證明此技術(shù)可滿足對臨床病原菌標本的快速鑒定和分型。此外，焦磷酸測序技術(shù)的特點則非常適合對已知短序列的DNA 的測序分析，Pymsequencing AB公司開發(fā)的Pyrosequencing 技術(shù)及分析系統(tǒng)具備對大量樣品(96 個)進行測序分析的能力，固此，可以說焦磷酸測序技術(shù)為大通量、低成本、適時、快速、直觀地進行SNPs 研究和臨床檢驗提供了非常理想的技術(shù)操作平臺。

2）在法醫(yī)鑒定方面的應(yīng)用

在法醫(yī)鑒定領(lǐng)域，傳統(tǒng)的線粒體DNA 分析使用Saner 測序的方法對其D -Loop 區(qū)的兩個高度可變區(qū)HVI 和HV Ⅱ區(qū)進行分析，雖然很有效，但卻耗費大量的時間和勞力。Andreasson 等利用焦磷酸測序技術(shù)對線粒體DNA -Loop 區(qū)的多態(tài)性位點進行測序分析，證明該技術(shù)更快速、準確和靈敏，效宰大大提高。

3）在藥物基因組學方面的應(yīng)用

遺傳多態(tài)性是藥物基因組學的基礎(chǔ)，這些多態(tài)性的存在，可能導(dǎo)致許多藥物治療中藥物藥效和毒副作用的個體差異。通過焦磷酸測序技術(shù)，對多態(tài)性位點的分析，為藥物反應(yīng)研究，提供了快速、高效的工具。瑞典Eurona Medical AB 與Pyrosequencing 公司合作使用此技術(shù)對血管緊張轉(zhuǎn)換酶(ACE)的SNP進行分析，對在腎素—血管緊張素—醛固酮系統(tǒng)(RAAS pathway)中作用的11 個已知多態(tài)性位點進行測序分析，十分準確地區(qū)分出外顯子15 和外顯子8的不同純合子和雜合子的基因型，取得了令人滿意的結(jié)果。

4）在農(nóng)業(yè)生物方面的應(yīng)用

在植物多態(tài)性分析如四倍體馬鈴薯的SNP 的研究中，利用焦磷酸測序技術(shù)對四倍體馬鈴薯基因進行分型，在對94 個多態(tài)位點的檢測中，發(fā)現(xiàn)有76 個等位基因的座位可用此技術(shù)鑒別，有效率達81 %，說明該技術(shù)比傳統(tǒng)的Sanger 法測序和單堿基延伸的辦法定量更準確。除了測序長度方面的局限，此技術(shù)更適合于多倍體物種的SNP 分析，因為它不僅可以準確區(qū)分純合子和雜合子，而且可以區(qū)分不同的雜合子狀態(tài)。

在動物多態(tài)性分析如豬的研究中，利用焦磷酸測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)豬骨骼肌糖原含量增高與PRKAG3 基因的一個不可逆轉(zhuǎn)的堿基置換相關(guān)，該基因編碼豬肌肉特異性的腺苷單磷酸激活的蛋白激酶(AMPK)異構(gòu)體的調(diào)節(jié)亞單位。

綜上所述，焦磷酸測序技術(shù)是一項大通量、自動化程度高的測序技術(shù)，便于操作，很適合對大樣本的快速檢測，省時省力、節(jié)約費用，具有Sanger 法不可比擬的優(yōu)勢。目前Pyrosequencing 技術(shù)已經(jīng)逐漸成為實驗室非常重要的DNA 分析新手段，在很多方面都得到了廣泛的應(yīng)用，Pyrosequencing 正在受到越來越多研究者的關(guān)注。

目前其技術(shù)在遺傳學分析、SNP 分析、分子診斷、細菌與病毒分型、甲基化分析、法醫(yī)鑒定及藥物基因組學等方面都有廣泛的用途。當然，焦磷酸測序技術(shù)只能對25 ～30 個核苷酸的短序列進行分析，相信隨著該技術(shù)水平的進一步改進、提高和完善，焦磷酸測序技術(shù)的應(yīng)用將會更加廣泛。

制備^[1]

將磷酸氫二鈉加熱可得焦磷酸鈉，將其溶解后加入鉛鹽，產(chǎn)生焦磷酸鉛沉淀，將此沉淀懸浮于水中，通入硫化氫氣即得硫化鉛沉淀，過濾后將濾液在真空、低溫下濃縮，可制得純焦磷酸；還可用250℃加熱正磷酸的方法來制取焦磷酸。

主要參考資料

[1] 中國中學教學百科全書·化學卷

[2] 倪紅兵, 鞠少卿, 王惠民. 焦磷酸測序技術(shù)及其應(yīng)用進展[J]. 國外醫(yī)學: 臨床生物化學與檢驗學分冊, 2005, 26(9): 600-602.

[3] CN201410516173.9一種磷氧化物改性微孔分子篩擇形催化劑的制備方法