ما هي مجموعة الفوسفات؟ الخصائص والوظائف

ل مجموعة الفوسفات هو جزيء يتكون من ذرة الفسفور المرتبطة بأربع ذرات أكسجين. الصيغة الكيميائية لها هي PO43-. تسمى هذه المجموعة من الذرات مجموعة الفوسفات عندما يتم ربطها بجزيء يحتوي على الكربون (أي جزيء بيولوجي).

جميع الكائنات الحية مصنوعة من الكربون. توجد مجموعة الفوسفات في المادة الوراثية في جزيئات حيوية مهمة لعملية الأيض الخلوي ، وتشكل جزءًا من الأغشية البيولوجية وبعض النظم الإيكولوجية للمياه العذبة.

من الواضح أن مجموعة الفوسفات موجودة في العديد من الهياكل المهمة للكائنات الحية.

يمكن للإلكترونات المشتركة بين ذرات الأكسجين الأربعة وذرة الكربون تخزين الكثير من الطاقة ؛ هذه القدرة ضرورية لبعض أدوارك في الخلية.

وظائف 6 الرئيسية لمجموعة الفوسفات

1- في الأحماض النووية

الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، وهي المادة الوراثية لجميع الكائنات الحية ، والأحماض النووية. وهي تتشكل من النيوكليوتيدات ، والتي تتشكل بدورها بواسطة قاعدة نيتروجينية وسكر مكون من 5 كربون ومجموعة فوسفات..

السكر من 5 كربونات ومجموعة الفوسفات من كل النوكليوتيدات الانضمام لتشكيل العمود الفقري للأحماض النووية.

عندما لا تكون النيوكليوتيدات مرتبطة بآخرين لتشكيل جزيئات الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي ، فإنها ترتبط بمجموعتين من الفوسفات الأخرى مما ينتج عنه جزيئات مثل ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) أو GTP (غوانوزين ثلاثي الفوسفات).

2- كمستودع للطاقة

ATP هو الجزيء الرئيسي الذي يوفر الطاقة للخلايا حتى تتمكن من أداء وظائفها الحيوية.

على سبيل المثال ، عندما تنقبض العضلات ، تستخدم بروتينات العضلات ATP لعملها.

يتكون هذا الجزيء من أدينوسين مرتبط بثلاث مجموعات فوسفاتية. الروابط التي تشكلت بين هذه المجموعات عالية الطاقة.

هذا يعني أنه ، عن طريق كسر هذه الروابط ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة التي يمكن استخدامها لأداء العمل في الخلية.

تسمى إزالة مجموعة الفوسفات لتحرير الطاقة ATP التحلل المائي. والنتيجة هي فوسفات مجاني بالإضافة إلى جزيء ADP (ثنائي فوسفات الأدينوساين ، لأنه يحتوي فقط على مجموعتين من الفوسفات).

تم العثور على مجموعات الفوسفات أيضًا في جزيئات الطاقة الأخرى الأقل شيوعًا من ATP ، مثل ثلاثي فوسفات الجانوسين (GTP) وثلاثي فوسفات السيتيدين (CTP) ، وثلاثي فوسفات اليوريدين (UTP)..

3- في تفعيل البروتينات

تعد مجموعات الفوسفات مهمة في تنشيط البروتينات ، بحيث يمكنها أداء وظائف معينة في الخلايا.

يتم تنشيط البروتينات من خلال عملية تسمى الفسفرة ، والتي هي ببساطة إضافة مجموعة الفوسفات.

عندما تكون مجموعة الفوسفات مرتبطة ببروتين ، يقال إن البروتين قد فسف.

وهذا يعني أنه قد تم تنشيطه لتكون قادرة على أداء وظيفة معينة ، مثل نقل رسالة إلى بروتين آخر في الخلية.

يحدث فسفرة البروتين في جميع أشكال الحياة والبروتينات التي تضيف مجموعات الفوسفات هذه إلى البروتينات الأخرى تسمى الكينازات.

من المثير للاهتمام أن نذكر أنه في بعض الأحيان يكون عمل كيناز هو فسفوريت كيناز آخر. وعلى العكس من ذلك ، فإن نزع الفسفرة هو إزالة مجموعة الفوسفات.

4- في أغشية الخلايا

يمكن لمجموعات الفوسفات أن ترتبط بالدهون لتشكل نوعًا آخر من الجزيئات الحيوية المهمة جدًا والتي تسمى الفوسفوليبيد.

تكمن أهميتها في حقيقة أن الفسفوليبيدات هي المكون الرئيسي لأغشية الخلايا وهذه هي الهياكل الأساسية للحياة.

يتم ترتيب العديد من جزيئات الفسفوليبيد في صفوف لتشكيل ما يسمى طبقة ثنائية الفسفوليبيد. وهذا هو ، طبقة مزدوجة من الفوسفورية.

هذا الطبقة الثنائية هي المكون الرئيسي للأغشية البيولوجية ، مثل الغشاء الخلوي والمغلف النووي الذي يحيط بالنواة.

5-كمنظم الرقم الهيدروجيني

الكائنات الحية تحتاج إلى ظروف محايدة للحياة لأن معظم الأنشطة البيولوجية لا يمكن أن تحدث إلا في درجة حموضة معينة قريبة من الحياد ؛ وهذا هو ، لا حمض جدا ولا الأساسية للغاية.

مجموعة الفوسفات هي عازلة هامة من الرقم الهيدروجيني في الخلايا.

6- في النظم البيئية

في بيئات المياه العذبة ، يعد الفسفور من العناصر الغذائية التي تحد من نمو النباتات والحيوانات.

الزيادة في كمية الجزيئات المحتوية على الفسفور (مثل مجموعات الفوسفات) يمكن أن تعزز نمو العوالق والنباتات.

هذه الزيادة في نمو النبات تترجم إلى المزيد من الغذاء للكائنات الأخرى ، مثل العوالق الحيوانية والأسماك. وهكذا ، تستمر السلسلة الغذائية حتى تصل إلى البشر.

ستؤدي زيادة الفوسفات في البداية إلى زيادة عدد العوالق والأسماك ، ولكن الزيادة المفرطة ستحد من العناصر الغذائية الأخرى المهمة للبقاء على قيد الحياة ، مثل الأكسجين.

هذا النضج من الأكسجين يسمى التخثث ويمكن أن تقتل الحيوانات المائية.

قد تزداد الفوسفات بسبب الأنشطة البشرية ، مثل معالجة مياه الصرف الصحي والتصريف الصناعي واستخدام الأسمدة في الزراعة.

مراجع

1. Alberts، B.، Johnson، A.، Lewis، J.، Morgan، D.، Raff، M.، Roberts، K. & Walter، P. (2014). البيولوجيا الجزيئية للخلية (الطبعة السادسة). علوم الطوق.
2. Berg، J.، Tymoczko، J.، Gatto، G. & Strayer، L. (2015). كيمياء حيوية (الطبعة الثامنة). دبليو إتش فريمان وشركاه.
3. Hudson، J. J.، Taylor، W. D.، & Schindler، D. W. (2000). تركيزات الفوسفات في البحيرات. طبيعة, 406(6791) ، 54-56.
4. كارل ، م. (2000). علم البيئة المائية الفوسفور ، موظفو الحياة. طبيعة, 406(6791) ، 31-33.
5. كارب ، ج. (2009). البيولوجيا الخلوية والجزيئية: المفاهيم والتجارب (الطبعة السادسة). وايلي.
6. Lodish، H.، Berk، A.، Kaiser، C.، Krieger، M.، Bretscher، A.، Ploegh، H.، Amon، A. & Martin، K. (2016). بيولوجيا الخلية الجزيئية (الطبعة الثامنة). دبليو إتش فريمان وشركاه.
7. نيلسون ، دي. آند كوكس ، م. (2017). مبادئ ليهنغر للكيمياء الحيوية (الطبعة السابعة). دبليو إتش فريمان.
8. Voet، D.، Voet، J. & Pratt، C. (2016). أساسيات الكيمياء الحيوية: الحياة على المستوى الجزيئي (الطبعة الخامسة). وايلي.
9. Zhang، S.، Rensing، C.، & Zhu، Y. G. (2014). يتم تنظيم ديناميات الأكسدة في الزرنيخ التي تتوسطها البكتيريا الزرقاء بواسطة الفوسفات في البيئات المائية. العلوم البيئية والتكنولوجيا, 48(2) ، 994-1000.