Що таке фосфатна група? Характеристики та функції

A фосфатна група являє собою молекулу, утворену атомом фосфору, приєднаним до чотирьох атомів кисню. Її хімічна формула PO43-. Ця група атомів називається фосфатною групою, коли вона приєднана до молекули, що містить вуглець (будь-яка біологічна молекула).

Всі живі істоти виготовлені з вуглецю. Фосфатна група присутня в генетичному матеріалі в енергетичних молекулах, важливих для клітинного метаболізму, що входить до складу біологічних мембран і деяких прісноводних екосистем.

Очевидно, що фосфатна група присутня у багатьох важливих структурах організмів.

Електрони, що розділяються між чотирма атомами кисню і атомом вуглецю, можуть зберігати багато енергії; ця здатність є життєво важливою для деяких ваших ролей у клітці.

6 основних функцій фосфатної групи

1- В нуклеїнових кислотах

ДНК і РНК, генетичний матеріал всіх живих істот, є нуклеїновими кислотами. Вони утворені нуклеотидами, які в свою чергу утворені азотистою основою, цукром 5 атомів вуглецю і фосфатною групою.

Цукор з 5 атомів вуглецю і фосфатна група кожного нуклеотиду з'єднують, утворюючи основу нуклеїнових кислот.

Коли нуклеотиди не пов'язані з іншими для утворення молекул ДНК або РНК, вони зв'язуються з двома іншими фосфатними групами, що призводить до таких молекул, як АТФ (аденозинтрифосфат) або GTP (гуанозинтрифосфат).

2- Як склад енергії

АТФ є основною молекулою, яка постачає енергію клітинам, щоб вони могли виконувати свої життєво важливі функції.

Наприклад, коли м'язи скорочуються, м'язові білки використовують АТФ.

Ця молекула утворена аденозином, пов'язаним з трьома фосфатними групами. Зв'язки, що утворюються між цими групами, є високою енергією.

Це означає, що, розірвавши ці зв'язки, виділяється велика кількість енергії, яка може бути використана для виконання роботи в комірці.

Видалення фосфатної групи для виділення енергії називається гідролізом АТФ. В результаті виходить вільний фосфат плюс молекула ADP (аденозиндифосфат, оскільки він має тільки дві фосфатні групи).

Фосфатні групи також зустрічаються в інших енергетичних молекулах, які є менш поширеними, ніж АТФ, такі як гуанозинтрифосфат (GTP), цитидинтрифосфат (CTP) і уридинтрифосфат (UTP)..

3- При активації білків

Фосфатні групи є важливими в активації білків, так що вони можуть виконувати певні функції в клітинах.

Білки активуються через процес, званий фосфорилюванням, який є просто додаванням фосфатної групи.

Коли фосфатна група була зв'язана з білком, то було сказано, що білок фосфорильований.

Це означає, що вона була активована, щоб мати можливість виконувати певну роботу, наприклад, передати повідомлення іншому білку в клітці.

Білкове фосфорилювання відбувається у всіх життєвих формах і білки, які додають ці фосфатні групи до інших білків, називаються кіназами.

Цікаво зазначити, що іноді робота кінази полягає у фосфорилюванні іншої кінази. І навпаки, дефосфорилювання є видаленням фосфатної групи.

4- У мембранах клітин

Фосфатні групи можуть зв'язуватися з ліпідами, утворюючи інший тип дуже важливих біомолекул, званих фосфоліпідами.

Її важливість полягає в тому, що фосфоліпіди є головним компонентом клітинних мембран, і вони є істотними структурами для життя.

Багато молекули фосфоліпідів розташовані рядами, утворюючи так званий бислой фосфоліпідів; тобто подвійний шар фосфоліпідів.

Цей бішар є головним компонентом біологічних мембран, таких як клітинна мембрана і ядерна оболонка, що оточує ядро.

5- Як регулятор рН

Живі істоти потребують нейтральних умов для життя, оскільки більшість біологічних дій може відбуватися тільки при певному рН, близькому до нейтралітету; тобто, ні дуже кислотні, ні дуже базові.

Фосфатна група є важливим буфером рН в клітинах.

6- В екосистемах

У прісноводних середовищах фосфор є живильним речовиною, що обмежує зростання рослин і тварин.

Збільшення кількості фосфорсодержащих молекул (таких як фосфатні групи) може сприяти росту планктону і рослин.

Це збільшення росту рослин перетворюється на більше їжі для інших організмів, таких як зоопланктон і риба. Таким чином, харчовий ланцюг продовжується до тих пір, поки не досягне людей.

Збільшення фосфатів спочатку збільшить кількість планктону та риби, але занадто багато збільшення обмежить інші поживні речовини, які також важливі для виживання, такі як кисень..

Це виснаження кисню називається евтрофікацією і може вбивати водних тварин.

Фосфати можуть збільшуватися внаслідок діяльності людей, таких як очищення стічних вод, промислове скидання і використання добрив у сільському господарстві.

Список літератури

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Молекулярна біологія клітини (6-е изд.). Гірлянди наука.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Біохімія (8-е изд.). W. H. Freeman and Company.
3. Hudson, J.J., Taylor, W.D., & Schindler, D.W. (2000). Концентрації фосфатів в озерах. Природа, 406(6791), 54-56.
4. Karl, D. M. (2000). Водна екологія Фосфор, персонал життя. Природа, 406(6791), 31-33.
5. Карп, Г. (2009). Клітинна і молекулярна біологія: поняття та експерименти (6-е изд.). Wiley.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Молекулярна клітинна біологія (8-е изд.). W. H. Freeman and Company.
7. Нельсон, Д. & Кокс, М. (2017). Принципи біохімії Ленінгера (7-е изд.). W. H. Freeman.
8. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Основи біохімії: життя на молекулярному рівні (5-е изд.). Wiley.
9. Zhang, S., Rensing, C., & Zhu, Y. G. (2014). Кианобактерий, опосередкований окисно-відновлювальною динамікою миш'яку, регулюється фосфатами у водних середовищах. Наука про навколишнє середовище та технології, 48(2), 994-1000.