WAT IS DE FOSFAATGROEP? KENMERKEN EN FUNCTIES - CHEMIE - 2025

Een fosfaatgroep is een molecuul dat bestaat uit een fosforatoom dat is gebonden aan vier zuurstofbronnen. De chemische formule is PO43-. Deze groep atomen wordt een fosfaatgroep genoemd wanneer deze is vastgemaakt aan een molecuul dat koolstof bevat (elk biologisch molecuul).

Alle levende wezens zijn gemaakt van koolstof. De fosfaatgroep is aanwezig in genetisch materiaal in energiemoleculen die belangrijk zijn voor het celmetabolisme en die deel uitmaken van biologische membranen en sommige zoetwaterecosystemen.

Fosfaatgroep gehecht aan R-keten.

Het is duidelijk dat de fosfaatgroep in veel belangrijke structuren in organismen aanwezig is.

De elektronen die worden gedeeld tussen de vier zuurstofatomen en het koolstofatoom kunnen veel energie opslaan; dit vermogen is essentieel voor sommige van hun rollen in de cel.

De 6 belangrijkste functies van de fosfaatgroep

1- In nucleïnezuren

DNA en RNA, het genetisch materiaal van alle levende wezens, zijn nucleïnezuren. Ze bestaan ​​uit nucleotiden, die op hun beurt weer bestaan ​​uit een stikstofbase, een suiker met 5 koolstofatomen en een fosfaatgroep.

De 5-koolstofsuiker en de fosfaatgroep van elke nucleotide komen samen om de ruggengraat van nucleïnezuren te vormen.

Wanneer nucleotiden niet met elkaar zijn verbonden om DNA- of RNA-moleculen te vormen, voegen ze zich bij twee andere fosfaatgroepen, waardoor moleculen ontstaan ​​zoals ATP (adenosinetrifosfaat) of GTP (guanosinetrifosfaat).

2- Als energieopslag

ATP is het belangrijkste molecuul dat energie levert aan cellen zodat ze hun vitale functies kunnen uitvoeren.

Wanneer spieren bijvoorbeeld samentrekken, gebruiken spiereiwitten ATP om dit te doen.

Dit molecuul bestaat uit een adenosine dat is gekoppeld aan drie fosfaatgroepen. De banden die tussen deze groepen worden gevormd, zijn hoog energetisch.

Dit betekent dat bij het verbreken van deze bindingen er een grote hoeveelheid energie vrijkomt die kan worden gebruikt om werkzaamheden in de cel te doen.

Het verwijderen van een fosfaatgroep om energie vrij te maken wordt ATP-hydrolyse genoemd. Het resultaat is een vrij fosfaat plus een ADP-molecuul (adenosinedifosfaat, omdat het maar twee fosfaatgroepen heeft).

Fosfaatgroepen worden ook aangetroffen op andere energiemoleculen die minder vaak voorkomen dan ATP, zoals guanosinetrifosfaat (GTP), cytidinetrifosfaat (CTP) en uridinetrifosfaat (UTP).

3- Bij de activering van eiwitten

Fosfaatgroepen zijn belangrijk bij de activering van eiwitten, zodat ze bepaalde functies in cellen kunnen vervullen.

Eiwitten worden geactiveerd door een proces dat fosforylering wordt genoemd, wat simpelweg de toevoeging van een fosfaatgroep is.

Wanneer een fosfaatgroep aan een eiwit is gehecht, wordt gezegd dat het eiwit is gefosforyleerd.

Dat betekent dat het is geactiveerd om een ​​bepaalde taak te kunnen uitvoeren, zoals een bericht naar een ander eiwit in de cel sturen.

Eiwitfosforylering komt voor in alle vormen van leven, en eiwitten die deze fosfaatgroepen aan andere eiwitten toevoegen, worden kinasen genoemd.

Het is interessant om te vermelden dat het soms de taak van een kinase is om een ​​ander kinase te fosforyleren. Omgekeerd is defosforylering de verwijdering van een fosfaatgroep.

4- In celmembranen

Fosfaatgroepen kunnen lipiden samenvoegen om een ​​ander type 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 een ​​zogenaamde fosfolipide dubbellaag te vormen; dat wil zeggen, een dubbele laag fosfolipiden.

Deze dubbellaag is het hoofdbestanddeel 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 die bijna neutraal is; dat wil zeggen, niet erg zuur noch erg basisch.

De fosfaatgroep is een belangrijke pH-buffer in cellen.

6- In ecosystemen

In zoetwateromgevingen is fosfor een voedingsstof die de groei van planten en dieren beperkt.

Het verhogen van de hoeveelheid fosforhoudende moleculen (zoals fosfaatgroepen) kan de groei van plankton en planten bevorderen.

Deze toename van plantengroei vertaalt zich in meer voedsel voor andere organismen, zoals zoöplankton en vissen. Zo wordt de voedselketen voortgezet totdat deze de mens bereikt.

Een toename van fosfaten leidt in eerste instantie tot een toename van het aantal plankton en vissen, maar een te grote toename beperkt andere voedingsstoffen die ook belangrijk zijn voor de overleving, zoals zuurstof.

Deze uitputting van zuurstof wordt eutrofiëring genoemd en kan waterdieren doden.

Fosfaten kunnen toenemen door menselijke activiteiten, zoals afvalwaterzuivering, industriële lozing en het gebruik van meststoffen in de landbouw.

Referenties

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Moleculaire biologie van de cel (6e ed.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemie (8e ed.). WH Freeman and Company.
3. Hudson, JJ, Taylor, WD en Schindler, DW (2000). Fosfaatconcentraties in meren. Nature, 406 (6791), 54-56.
4. Karl, DM (2000). Aquatische ecologie. Fosfor, de staf van het leven. Nature, 406 (6791), 31-33.
5. Karp, G. (2009). Cel- en moleculaire biologie: concepten en experimenten (6e ed.). Wiley.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Moleculaire celbiologie (8e ed.). WH Freeman and Company.
7. Nelson, D. & Cox, M. (2017). Lehninger Principles of Biochemistry (7e ed.). WH Freeman.
8. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5e ed.). Wiley.
9. Zhang, S., Rensing, C., & Zhu, YG (2014). Cyanobacteriën-gemedieerde arseenredoxdynamiek wordt gereguleerd door fosfaat in aquatische omgevingen. Milieuwetenschappen en -technologie, 48 (2), 994–1000.