Czym jest grupa fosforanów? Charakterystyka i funkcje

A grupa fosforanowa jest cząsteczką utworzoną przez atom fosforu przyłączony do czterech atomów tlenu. Jego wzór chemiczny to PO43-. Ta grupa atomów nazywana jest grupą fosforanową, gdy jest przyłączona do cząsteczki zawierającej węgiel (dowolną cząsteczkę biologiczną).

Wszystkie żywe istoty są wykonane z węgla. Grupa fosforanowa jest obecna w materiale genetycznym w cząsteczkach energetycznych ważnych dla metabolizmu komórkowego, tworząc część błon biologicznych i niektórych ekosystemów słodkowodnych.

Jest oczywiste, że grupa fosforanowa jest obecna w wielu ważnych strukturach organizmów.

Elektrony dzielone między cztery atomy tlenu i atom węgla mogą przechowywać dużo energii; ta zdolność ma kluczowe znaczenie dla niektórych ról w komórce.

6 głównych funkcji grupy fosforanowej

1- W kwasach nukleinowych

DNA i RNA, materiał genetyczny wszystkich żywych istot, to kwasy nukleinowe. Tworzą je nukleotydy, które z kolei są tworzone przez zasadę azotową, cukier o 5 atomach węgla i grupę fosforanową.

Cukier 5 atomów węgla i grupa fosforanowa każdego nukleotydu łączą się tworząc szkielet kwasów nukleinowych.

Gdy nukleotydy nie są związane z innymi, tworząc cząsteczki DNA lub RNA, wiążą się one z dwiema innymi grupami fosforanowymi, w wyniku czego powstają cząsteczki, takie jak ATP (trifosforan adenozyny) lub GTP (trifosforan guanozyny).

2- Jako magazyn energii

ATP jest główną cząsteczką, która dostarcza energię do komórek, aby mogły wykonywać swoje funkcje życiowe.

Na przykład, kiedy mięśnie są skurczone, białka mięśniowe używają ATP, aby to zrobić.

Ta cząsteczka jest utworzona przez adenozynę połączoną z trzema grupami fosforanowymi. Powiązania utworzone między tymi grupami są wysokoenergetyczne.

Oznacza to, że łamiąc te ogniwa, uwalniana jest duża ilość energii, która może zostać wykorzystana do wykonania pracy w komórce.

Usunięcie grupy fosforanowej w celu uwolnienia energii nazywa się hydrolizą ATP. Rezultatem jest wolny fosforan i cząsteczka ADP (difosforan adenozyny, ponieważ ma tylko dwie grupy fosforanowe).

Grupy fosforanowe występują także w innych cząsteczkach energii, które są mniej powszechne niż ATP, takich jak trifosforan guanozyny (GTP), trifosforan cytydyny (CTP) i trifosforan urydyny (UTP)..

3- W aktywacji białek

Grupy fosforanowe są ważne w aktywacji białek, dzięki czemu mogą wykonywać określone funkcje w komórkach.

Białka są aktywowane w procesie zwanym fosforylacją, który jest po prostu dodatkiem grupy fosforanowej.

Gdy grupa fosforanowa została związana z białkiem, mówi się, że białko zostało fosforylowane.

Oznacza to, że został aktywowany, aby móc wykonać określone zadanie, takie jak przenoszenie wiadomości do innego białka w komórce.

Fosforylacja białka zachodzi we wszystkich formach życia, a białka, które dodają te grupy fosforanowe do innych białek, nazywane są kinazami.

Interesujące jest wspomnieć, że czasami praca kinazy polega na fosforylacji innej kinazy. Odwrotnie, defosforylacja oznacza usunięcie grupy fosforanowej.

4- W błonach komórkowych

Grupy fosforanowe mogą wiązać się z lipidami, tworząc inny typ bardzo ważnych biomolekuł zwanych fosfolipidami.

Jego znaczenie polega na tym, że fosfolipidy są głównym składnikiem błon komórkowych i są to niezbędne struktury do życia.

Wiele cząsteczek fosfolipidów jest ułożonych w rzędy, tworząc tzw. Dwuwarstwę fosfolipidów; to jest podwójna warstwa fosfolipidów.

Ta podwójna warstwa jest głównym składnikiem błon biologicznych, takich jak błona komórkowa i otoczka jądrowa otaczająca jądro.

5- Jako regulator pH

Żywe istoty potrzebują neutralnych warunków do życia, ponieważ większość działań biologicznych może zachodzić tylko przy określonym pH zbliżonym do neutralności; to znaczy, ani bardzo kwaśny, ani bardzo podstawowy.

Grupa fosforanowa jest ważnym buforem pH w komórkach.

6- W ekosystemach

W środowiskach słodkowodnych fosfor jest składnikiem odżywczym, który ogranicza wzrost roślin i zwierząt.

Wzrost ilości cząsteczek zawierających fosfor (takich jak grupy fosforanowe) może sprzyjać wzrostowi planktonu i roślin.

Ten wzrost wzrostu roślin przekłada się na więcej żywności dla innych organizmów, takich jak zooplankton i ryby. W ten sposób łańcuch pokarmowy trwa, dopóki nie dotrze do ludzi.

Wzrost ilości fosforanów początkowo zwiększy liczbę planktonu i ryb, ale zbyt duży wzrost ograniczy inne składniki odżywcze, które są również ważne dla przetrwania, takie jak tlen.

To wyczerpanie tlenu nazywa się eutrofizacją i może zabijać zwierzęta wodne.

Fosforany mogą zwiększać się w wyniku działalności człowieka, takiej jak oczyszczanie ścieków, wyładunek przemysłowy i stosowanie nawozów w rolnictwie.

Referencje

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. i Walter, P. (2014). Molekularna biologia komórki (Wyd. 6). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemia (8 wyd.). W. H. Freeman and Company.
3. Hudson, J. J., Taylor, W. D., i Schindler, D. W. (2000). Stężenia fosforanów w jeziorach. Natura, 406(6791), 54-56.
4. Karl, D. M. (2000). Ekologia wodna Fosfor, personel życia. Natura, 406(6791), 31-33.
5. Karp, G. (2009). Cell and Molecular Biology: koncepcje i eksperymenty (Wyd. 6). Wiley.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. i Martin, K. (2016). Molekularna biologia komórkowa (8 wyd.). W. H. Freeman and Company.
7. Nelson, D. & Cox, M. (2017). Lehninger Principles of Biochemistry (7 wyd.). W. H. Freeman.
8. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5 wyd.). Wiley.
9. Zhang, S., Rensing, C. i Zhu, Y. G. (2014). Dynamika redoks arsenu za pośrednictwem sinic jest regulowana przez fosforany w środowiskach wodnych. Nauka o środowisku i technologia, 48(2), 994-1000.