CO TO JEST GRUPA FOSFORANOWA? CECHY I FUNKCJE - CHEMIA - 2025

Grupa fosforanowa to cząsteczka złożona z atomu fosforu związanego z czterema atomami tlenu. Jego wzór chemiczny to PO43-. Ta grupa atomów nazywana jest grupą fosforanową, gdy jest przyłączona do cząsteczki zawierającej węgiel (dowolnej cząsteczki biologicznej).

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

Grupa fosforanowa przyłączona do łańcucha R.

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

Elektrony znajdujące się w czterech atomach tlenu i atomie węgla mogą magazynować dużo energii; ta umiejętność jest niezbędna dla niektórych ich ról w komórce.

6 głównych funkcji grupy fosforanowej

1- W kwasach nukleinowych

DNA i RNA, materiał genetyczny wszystkich żywych istot, to kwasy nukleinowe. Są zbudowane z nukleotydów, które z kolei składają się z zasady azotowej, 5-węglowego cukru i grupy fosforanowej.

Cukier 5-węglowy i grupa fosforanowa każdego nukleotydu łączą się, tworząc szkielet kwasów nukleinowych.

Gdy nukleotydy nie są połączone ze sobą w celu utworzenia cząsteczek DNA lub RNA, łączą się z dwiema innymi grupami fosforanowymi, dając początek cząsteczkom, takim jak ATP (trifosforan adenozyny) lub GTP (trifosforan guanozyny).

2- Jako magazyn energii

ATP jest główną cząsteczką dostarczającą energię do komórek, aby mogły one wykonywać swoje życiowe funkcje.

Na przykład, kiedy mięśnie się kurczą, białka mięśniowe wykorzystują do tego ATP.

Ta cząsteczka składa się z adenozyny połączonej z trzema grupami fosforanowymi. Wiązania utworzone między tymi grupami mają wysoką energię.

Oznacza to, że po zerwaniu tych wiązań uwalniana jest duża ilość energii, którą można wykorzystać do pracy w komórce.

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

Grupy fosforanowe znajdują się również 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 odgrywają ważną rolę w aktywacji białek, dzięki czemu mogą pełnić określone funkcje w komórkach.

Białka są aktywowane w procesie zwanym fosforylacją, który polega po prostu na dodaniu grupy fosforanowej.

Kiedy grupa fosforanowa została przyłączona do białka, mówi się, że białko zostało fosforylowane.

Oznacza to, że został aktywowany, aby móc wykonać określoną pracę, na przykład przekazać wiadomość do innego białka w komórce.

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

Warto wspomnieć, że czasami zadaniem kinazy jest fosforylacja innej kinazy. Odwrotnie, defosforylacja to usunięcie grupy fosforanowej.

4- W błonach komórkowych

Grupy fosforanowe mogą łączyć lipidy, tworząc inny rodzaj bardzo ważnych biocząsteczek zwanych fosfolipidami.

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

Wiele cząsteczek fosfolipidów jest ułożonych w rzędy, tworząc tak zwaną dwuwarstwę fosfolipidową; to znaczy podwójna warstwa fosfolipidów.

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

5- Jako regulator pH

Istoty żywe potrzebują do życia neutralnych warunków, ponieważ większość czynności biologicznych może zachodzić tylko przy określonym pH zbliżonym do neutralnego; to znaczy ani bardzo kwaśny, ani bardzo zasadowy.

Grupa fosforanowa jest ważnym buforem pH w komórkach.

6- W ekosystemach

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

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

Ten wzrost wzrostu roślin oznacza więcej pożywienia dla innych organizmów, takich jak zooplankton i ryby. W ten sposób łańcuch pokarmowy jest kontynuowany, dopóki nie dotrze do ludzi.

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

To niedobór tlenu nazywane jest eutrofizacją i może zabijać zwierzęta wodne.

Fosforany mogą wzrosnąć z powodu działalności człowieka, takiej jak oczyszczanie ścieków, zrzuty przemysłowe i stosowanie nawozów w rolnictwie.

Bibliografia

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemistry (8th ed.). WH Freeman and Company.
3. Hudson, JJ, Taylor, WD i Schindler, DW (2000). Stężenia fosforanów w jeziorach. Naturę, 406 (6791), 54-56.
4. Karl, DM (2000). Ekologia wodna. Fosfor, podstawa życia. Naturę, 406 (6791), 31-33.
5. Karp, G. (2009). Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments (6th ed.). Wiley.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8th ed.). WH Freeman and Company.
7. Nelson, D. & Cox, M. (2017). Lehninger Principles of Biochemistry (7th ed.). WH Freeman.
8. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Podstawy biochemii: Życie na poziomie molekularnym (wyd. 5). Wiley.
9. Zhang, S., Rensing, C. i Zhu, YG (2014). Dynamika redoks arsenu za pośrednictwem cyjanobakterii jest regulowana przez fosforany w środowisku wodnym. Environmental Science and Technology, 48 (2), 994–1000.