ЧТО ТАКОЕ ФОСФАТНАЯ ГРУППА? ОСОБЕННОСТИ И ФУНКЦИИ - ХИМИЯ - 2025

Фосфатная группа представляет собой молекулу из атома фосфора связан с четырьмя кислорода. Его химическая формула - PO43-. Эта группа атомов называется фосфатной группой, когда она присоединена к молекуле, содержащей углерод (любой биологической молекуле).

Все живые существа сделаны из углерода. Фосфатная группа присутствует в генетическом материале в энергетических молекулах, важных для клеточного метаболизма, являясь частью биологических мембран и некоторых пресноводных экосистем.

Фосфатная группа присоединена к цепи R.

Ясно, что фосфатная группа присутствует во многих важных структурах организмов.

Электроны, общие для четырех атомов кислорода и атома углерода, могут хранить много энергии; эта способность жизненно важна для некоторых из их ролей в клетке.

6 основных функций фосфатной группы

1- В нуклеиновых кислотах

ДНК и РНК, генетический материал всех живых существ, являются нуклеиновыми кислотами. Они состоят из нуклеотидов, которые, в свою очередь, состоят из азотистого основания, 5-углеродного сахара и фосфатной группы.

5-углеродный сахар и фосфатная группа каждого нуклеотида объединяются, чтобы сформировать основу нуклеиновых кислот.

Когда нуклеотиды не соединяются друг с другом с образованием молекул ДНК или РНК, они присоединяются к двум другим фосфатным группам, давая начало таким молекулам, как АТФ (аденозинтрифосфат) или GTP (гуанозинтрифосфат).

2- Как накопитель энергии

АТФ - основная молекула, которая снабжает клетки энергией, чтобы они могли выполнять свои жизненно важные функции.

Например, когда мышцы сокращаются, мышечные белки используют для этого АТФ.

Эта молекула состоит из аденозина, связанного с тремя фосфатными группами. Связи, образованные между этими группами, имеют высокую энергию.

Это означает, что при разрыве этих связей высвобождается большое количество энергии, которое можно использовать для работы в клетке.

Удаление фосфатной группы для высвобождения энергии называется гидролизом АТФ. В результате получается свободный фосфат плюс молекула АДФ (аденозиндифосфат, потому что он имеет только две фосфатные группы).

Фосфатные группы также обнаруживаются в других энергетических молекулах, которые менее распространены, чем АТФ, таких как гуанозинтрифосфат (GTP), цитидинтрифосфат (CTP) и уридинтрифосфат (UTP).

3- В активации белков

Фосфатные группы важны для активации белков, поэтому они могут выполнять определенные функции в клетках.

Белки активируются посредством процесса, называемого фосфорилированием, который представляет собой простое добавление фосфатной группы.

Когда к белку присоединена фосфатная группа, говорят, что белок фосфорилирован.

Это означает, что он был активирован для выполнения определенной работы, например, для передачи сообщения другому белку в клетке.

Фосфорилирование белков происходит во всех формах жизни, и белки, которые добавляют эти фосфатные группы к другим белкам, называются киназами.

Интересно упомянуть, что иногда работа киназы заключается в фосфорилировании другой киназы. И наоборот, дефосфорилирование - это удаление фосфатной группы.

4- В клеточных мембранах

Фосфатные группы могут присоединяться к липидам с образованием еще одного типа очень важных биомолекул, называемых фосфолипидами.

Его важность заключается в том, что фосфолипиды являются основным компонентом клеточных мембран, и это важные структуры для жизни.

Многие молекулы фосфолипидов расположены в ряды, образуя так называемый бислой фосфолипидов; то есть двойной слой фосфолипидов.

Этот бислой является основным компонентом биологических мембран, таких как клеточная мембрана и ядерная оболочка, окружающая ядро.

5- Как регулятор pH

Живым существам необходимы нейтральные условия для жизни, потому что большая часть биологической активности может происходить только при определенном pH, близком к нейтральному; то есть ни очень кислый, ни очень щелочной.

Фосфатная группа является важным буфером pH в клетках.

6- В экосистемах

В пресноводной среде фосфор является питательным веществом, ограничивающим рост растений и животных.

Увеличение количества фосфорсодержащих молекул (таких как фосфатные группы) может способствовать росту планктона и растений.

Это увеличение роста растений приводит к увеличению количества пищи для других организмов, таких как зоопланктон и рыба. Таким образом, пищевая цепочка продолжается, пока не достигнет человека.

Увеличение количества фосфатов сначала увеличит количество планктона и рыб, но слишком большое увеличение ограничит другие питательные вещества, которые также важны для выживания, такие как кислород.

Это истощение кислорода называется эвтрофикацией, и оно может убить водных животных.

Фосфаты могут увеличиваться из-за деятельности человека, такой как очистка сточных вод, промышленные сбросы и использование удобрений в сельском хозяйстве.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Джонсон, А., Льюис, Дж., Морган, Д., Рафф, М., Робертс, К., Уолтер, П. (2014). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Наука о гирляндах.
2. Берг, Дж., Тимочко, Дж., Гатто, Г., Страйер, Л. (2015). Биохимия (8-е изд.). WH Freeman and Company.
3. Хадсон, Дж. Дж., Тейлор, В. Д. и Шиндлер, Д. В. (2000). Концентрации фосфатов в озерах. Природа, 406 (6791), 54-56.
4. Карл, DM (2000). Водная экология. Фосфор, опора жизни. Природа, 406 (6791), 31-33.
5. Карп, Г. (2009). Клеточная и молекулярная биология: концепции и эксперименты (6-е изд.). Wiley.
6. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, К., Кригер, М., Бретчер, А., Плоег, Х., Амон, А. и Мартин, К. (2016). Молекулярная клеточная биология (8-е изд.). WH Freeman and Company.
7. Нельсон Д. и Кокс М. (2017). Принципы биохимии Ленингера (7-е изд.). WH Freeman.
8. Воет Д., Воет Дж. И Пратт К. (2016). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (5-е изд.). Wiley.
9. Чжан, С., Ренсинг, К., и Чжу, Ю.Г. (2014). Опосредуемая цианобактериями окислительно-восстановительная динамика мышьяка в водной среде регулируется фосфатом. Наука об окружающей среде и технологии, 48 (2), 994–1000.