Delen:
Wat is de fosfaatgroep? Kenmerken en functies
een fosfaatgroep is een molecuul gevormd door een fosforatoom bevestigd aan vier zuurstofatomen. De chemische formule is PO43-. Deze groep van atomen wordt de fosfaatgroep genoemd als deze is bevestigd aan een molecuul dat koolstof bevat (elk biologisch molecuul).
Alle levende wezens zijn gemaakt van koolstof. De fosfaatgroep is aanwezig in het genetisch materiaal in energetische moleculen die belangrijk zijn voor het celmetabolisme en deel uitmaken van de biologische membranen en van sommige zoetwaterecosystemen.
Het is duidelijk dat de fosfaatgroep aanwezig is in veel belangrijke structuren van organismen.
De elektronen gedeeld tussen de vier zuurstofatomen en het koolstofatoom kunnen veel energie opslaan; dit vermogen is essentieel voor sommige van je rollen in de cel.
De 6 hoofdfuncties van de fosfaatgroep
1- In nucleïnezuren
DNA en RNA, het genetische materiaal van alle levende wezens, zijn nucleïnezuren. Ze worden gevormd door nucleotiden, die op hun beurt worden gevormd door een stikstofhoudende base, een suiker van 5 koolstofatomen en een fosfaatgroep.
De suiker van 5 koolstofatomen en de fosfaatgroep van elk nucleotide verbinden zich om de ruggengraat van de nucleïnezuren te vormen.
Wanneer nucleotiden niet aan anderen gebonden zijn om DNA- of RNA-moleculen te vormen, binden ze aan twee andere fosfaatgroepen, resulterend in moleculen zoals ATP (adenosinetrifosfaat) of GTP (guanosinetrifosfaat).
2- Als energieopslag
ATP is het hoofdmolecuul dat energie aan de cellen levert, zodat ze hun vitale functies kunnen uitvoeren.
Wanneer spieren bijvoorbeeld worden samengetrokken, gebruiken spiereiwitten ATP om het te maken.
Dit molecuul wordt gevormd door een adenosine gekoppeld aan drie fosfaatgroepen. De verbindingen gevormd tussen deze groepen zijn hoge energie.
Dit betekent dat door het verbreken van deze koppelingen een grote hoeveelheid energie wordt vrijgegeven die kan worden gebruikt om werk in de cel uit te voeren.
De verwijdering van een fosfaatgroep om energie vrij te maken, wordt ATP-hydrolyse genoemd. Het resultaat is een gratis fosfaat plus een ADP-molecuul (adenosinedifosfaat, omdat het slechts twee fosfaatgroepen heeft).
Fosfaatgroepen worden ook gevonden in andere energiemoleculen die minder vaak voorkomen dan ATP, zoals guanosinetrifosfaat (GTP), cytidinetrifosfaat (CTP) en uridine-trifosfaat (UTP)..
3- In de activering van eiwitten
De fosfaatgroepen zijn belangrijk bij de activering van eiwitten, zodat ze bepaalde functies in cellen kunnen uitvoeren.
Eiwitten worden geactiveerd via een proces dat fosforylatie wordt genoemd, wat eenvoudigweg de toevoeging van een fosfaatgroep is.
Wanneer een fosfaatgroep aan een eiwit is gebonden, wordt er gezegd dat het eiwit is gefosforyleerd.
Dat betekent dat het is geactiveerd om een bepaalde taak uit te voeren, zoals het overbrengen van een bericht naar een ander eiwit in de cel.
Eiwitfosforylering komt voor in alle levensvormen en de eiwitten die deze fosfaatgroepen aan de andere eiwitten toevoegen, worden kinasen genoemd.
Het is interessant om te vermelden dat het werk van een kinase soms bestaat uit het fosforyleren van een ander kinase. Omgekeerd is defosforylering de verwijdering van een fosfaatgroep.
4- In celmembranen
De fosfaatgroepen kunnen binden aan lipiden om een ander type van zeer belangrijke biomoleculen te vormen, fosfolipiden genaamd.
Het belang ervan ligt in het feit dat fosfolipiden de hoofdcomponent zijn van celmembranen en dit zijn essentiële structuren voor het leven.
Veel fosfolipidemoleculen zijn gerangschikt in rijen om zo een zogenaamde dubbellaag van fosfolipiden te vormen; dat wil zeggen, een dubbele laag van fosfolipiden.
Deze bilaag is de hoofdcomponent van biologische membranen, zoals het celmembraan en de nucleaire envelop die de kern omgeeft.
5- als pH-regulator
Levende wezens hebben neutrale levensomstandigheden nodig omdat de meeste biologische activiteiten alleen kunnen plaatsvinden bij een specifieke pH dicht bij neutraliteit; dat wil zeggen, niet erg zuur of erg basaal.
De fosfaatgroep is een belangrijke buffer van pH in cellen.
6- In ecosystemen
In zoetwateromgevingen is fosfor een voedingsstof die de groei van planten en dieren beperkt.
De toename van de hoeveelheid fosforhoudende moleculen (zoals fosfaatgroepen) kan de groei van plankton en planten bevorderen.
Deze toename in plantengroei vertaalt zich in meer voedsel voor andere organismen, zoals zoöplankton en vis. Zo gaat de voedselketen door totdat hij mensen bereikt.
Een toename van fosfaten zal aanvankelijk het aantal plankton en vis doen toenemen, maar een te grote toename zal andere voedingsstoffen die ook belangrijk zijn voor overleving beperken, zoals zuurstof.
Deze uitputting van zuurstof wordt eutrofiëring genoemd en kan waterdieren doden.
Fosfaten kunnen toenemen als gevolg van menselijke activiteiten, zoals de behandeling van afvalwater, industriële lozingen en het gebruik van meststoffen in de landbouw.
referenties
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Moleculaire biologie van de cel (6e druk). Garland Science.
- Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). biochemie (8e druk). W. H. Freeman and Company.
- Hudson, J.J., Taylor, W. D., & Schindler, D.W. (2000). Fosfaatconcentraties in meren. natuur, 406(6791), 54-56.
- Karl, D.M. (2000). Aquatische ecologie Fosfor, het personeel van het leven. natuur, 406(6791), 31-33.
- Karp, G. (2009). Cel en moleculaire biologie: concepten en experimenten (6e druk). Wiley.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Moleculaire celbiologie (8e druk). W. H. Freeman and Company.
- Nelson, D. & Cox, M. (2017). Lehninger Principles of Biochemistry (7e druk). W.H. Freeman.
- Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5de ed.). Wiley.
- Zhang, S., Rensing, C., & Zhu, Y. G. (2014). Cyanobacteriën-gemedieerde arseen redox-dynamica wordt gereguleerd door fosfaat in aquatische omgevingen. Milieuwetenschap en -technologie, 48(2), 994-1000.