Nhóm Phosphate là gì? Đặc điểm và chức năng

Một nhóm phốt phát là một phân tử được hình thành bởi một nguyên tử phốt pho gắn liền với bốn nguyên tử oxy. Công thức hóa học của nó là PO43-. Nhóm nguyên tử này được gọi là nhóm phốt phát khi nó được gắn vào một phân tử có chứa carbon (bất kỳ phân tử sinh học nào).

Tất cả các sinh vật được làm bằng carbon. Nhóm phốt phát có mặt trong vật liệu di truyền trong các phân tử năng lượng quan trọng cho sự trao đổi chất của tế bào, tạo thành một phần của màng sinh học và của một số hệ sinh thái nước ngọt.

Rõ ràng là nhóm phốt phát có mặt trong nhiều cấu trúc quan trọng của sinh vật.

Các electron được chia sẻ giữa bốn nguyên tử oxy và nguyên tử carbon có thể lưu trữ rất nhiều năng lượng; khả năng này rất quan trọng đối với một số vai trò của bạn trong tế bào.

6 chức năng chính của nhóm phốt phát

1- Trong axit nucleic

DNA và RNA, vật liệu di truyền của tất cả các sinh vật sống, là axit nucleic. Chúng được hình thành bởi các nucleotide, lần lượt được hình thành bởi một cơ sở nitơ, một lượng đường 5 carbons và một nhóm phosphate.

Đường 5 carbons và nhóm phosphate của mỗi nucleotide tham gia để tạo thành xương sống của axit nucleic.

Khi các nucleotide không liên kết với người khác để tạo thành các phân tử DNA hoặc RNA, chúng liên kết với hai nhóm phosphate khác dẫn đến các phân tử như ATP (adenosine triphosphate) hoặc GTP (guanosine triphosphate).

2- Là kho năng lượng

ATP là phân tử chính cung cấp năng lượng cho các tế bào để chúng có thể thực hiện các chức năng quan trọng của mình.

Ví dụ, khi cơ bắp bị co lại, protein cơ sử dụng ATP để tạo ra nó.

Phân tử này được hình thành bởi một adenosine liên kết với ba nhóm phosphate. Các liên kết được hình thành giữa các nhóm này là năng lượng cao.

Điều này có nghĩa là, bằng cách phá vỡ các liên kết này, một lượng lớn năng lượng được giải phóng có thể được sử dụng để thực hiện công việc trong tế bào.

Việc loại bỏ một nhóm phốt phát để giải phóng năng lượng được gọi là thủy phân ATP. Kết quả là một phosphate tự do cộng với một phân tử ADP (adenosine diphosphate, vì nó chỉ có hai nhóm phosphate).

Các nhóm photphat cũng được tìm thấy trong các phân tử năng lượng khác ít phổ biến hơn ATP, như guanosine triphosphate (GTP), cytidine triphosphate (CTP) và uridine triphosphate (UTP)..

3- Trong quá trình kích hoạt protein

Các nhóm phốt phát rất quan trọng trong việc kích hoạt protein, để chúng có thể thực hiện các chức năng đặc biệt trong các tế bào.

Protein được kích hoạt thông qua một quá trình gọi là phosphoryl hóa, đơn giản là sự bổ sung của một nhóm phosphate.

Khi một nhóm phốt phát liên kết với protein, người ta nói rằng protein đã được phosphoryl hóa.

Điều đó có nghĩa là nó đã được kích hoạt để có thể thực hiện một công việc cụ thể, chẳng hạn như mang thông điệp đến một protein khác trong tế bào.

Phosphoryl hóa protein xảy ra trong tất cả các dạng sống và các protein thêm các nhóm phosphate này vào các protein khác được gọi là kinase.

Thật thú vị khi đề cập rằng đôi khi công việc của một kinase là để phosphoryl hóa một kinase khác. Ngược lại, khử phospho là loại bỏ một nhóm phốt phát.

4 - Trong màng tế bào

Các nhóm phốt phát có thể liên kết với lipit để tạo thành một loại sinh khối rất quan trọng khác gọi là phospholipids.

Tầm quan trọng của nó nằm ở chỗ phospholipid là thành phần chính của màng tế bào và đây là những cấu trúc thiết yếu cho sự sống.

Nhiều phân tử phospholipid được sắp xếp theo hàng để tạo thành cái được gọi là hai lớp phospholipid; đó là, một lớp kép phospholipid.

Bộ đôi này là thành phần chính của màng sinh học, chẳng hạn như màng tế bào và lớp vỏ hạt nhân bao quanh nhân.

5- Là chất điều chỉnh pH

Sinh vật cần điều kiện trung tính cho cuộc sống vì hầu hết các hoạt động sinh học chỉ có thể xảy ra ở một độ pH cụ thể gần với tính trung lập; đó là, không phải là axit cũng không phải là rất cơ bản.

Nhóm phốt phát là một bộ đệm quan trọng của pH trong các tế bào.

6- Trong hệ sinh thái

Trong môi trường nước ngọt phốt pho là chất dinh dưỡng hạn chế sự phát triển của thực vật và động vật.

Sự gia tăng lượng phân tử chứa phốt pho (như nhóm phốt phát) có thể thúc đẩy sự phát triển của sinh vật phù du và thực vật.

Sự gia tăng tăng trưởng thực vật này chuyển thành thức ăn nhiều hơn cho các sinh vật khác, chẳng hạn như động vật phù du và cá. Do đó, chuỗi thức ăn tiếp tục cho đến khi nó đến được với con người.

Sự gia tăng phốt phát ban đầu sẽ làm tăng số lượng sinh vật phù du và cá, nhưng tăng quá nhiều sẽ hạn chế các chất dinh dưỡng khác cũng quan trọng cho sự sống còn, chẳng hạn như oxy.

Sự cạn kiệt oxy này được gọi là phú dưỡng và có thể giết chết động vật thủy sinh.

Phốt phát có thể tăng do các hoạt động của con người, như xử lý nước thải, xả thải công nghiệp và sử dụng phân bón trong nông nghiệp.

Tài liệu tham khảo

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Sinh học phân tử của tế bào (Tái bản lần thứ 6). Khoa học vòng hoa.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Hóa sinh (Tái bản lần thứ 8). W. H. Freeman và Công ty.
3. Hudson, J. J., Taylor, W. D., & Schindler, D. W. (2000). Nồng độ phốt phát trong hồ. Thiên nhiên, 406(6791), 54-56.
4. Karl, D. M. (2000). Sinh thái thủy sinh Phốt pho, nhân viên của cuộc sống. Thiên nhiên, 406(6791), 31-33.
5. Karp, G. (2009). Sinh học tế bào và phân tử: Khái niệm và thí nghiệm (Tái bản lần thứ 6). Wiley.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Sinh học tế bào phân tử (Tái bản lần thứ 8). W. H. Freeman và Công ty.
7. Nelson, D. & Cox, M. (2017). Nguyên tắc sinh hóa của Lehninger (Tái bản lần thứ 7). W. H. Freeman.
8. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Nguyên tắc cơ bản của hóa sinh: Sự sống ở cấp độ phân tử (Tái bản lần thứ 5). Wiley.
9. Zhang, S., Rensing, C., & Zhu, Y. G. (2014). Động lực oxi hóa khử arsenic qua trung gian Cyanobacteria được điều hòa bởi phosphate trong môi trường nước. Khoa học và Công nghệ Môi trường, 48(2), 994-1000.