หมู่ฟอสเฟตคืออะไร? คุณสมบัติและฟังก์ชั่น - เคมี

กลุ่มฟอสเฟตเป็นโมเลกุลที่สร้างขึ้นจากอะตอมฟอสฟอรัสผูกมัดกับสี่ออกซิเจน สูตรทางเคมีคือ PO43- กลุ่มของอะตอมนี้เรียกว่ากลุ่มฟอสเฟตเมื่อมันถูกยึดติดกับโมเลกุลที่มีคาร์บอน (โมเลกุลทางชีวภาพใด ๆ )

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดทำจากคาร์บอน กลุ่มฟอสเฟตมีอยู่ในสารพันธุกรรมในโมเลกุลของพลังงานซึ่งมีความสำคัญต่อการเผาผลาญของเซลล์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อชีวภาพและระบบนิเวศน้ำจืดบางส่วน

กลุ่มฟอสเฟตที่ติดกับโซ่ R

เป็นที่ชัดเจนว่าหมู่ฟอสเฟตมีอยู่ในโครงสร้างที่สำคัญหลายอย่างในสิ่งมีชีวิต

อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันระหว่างอะตอมออกซิเจนทั้งสี่และอะตอมของคาร์บอนสามารถกักเก็บพลังงานได้มาก ความสามารถนี้มีความสำคัญต่อบทบาทบางอย่างในเซลล์

หน้าที่หลัก 6 ประการของกลุ่มฟอสเฟต

1- ในกรดนิวคลีอิก

DNA และ RNA ซึ่งเป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเป็นกรดนิวคลีอิก พวกมันประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ซึ่งประกอบด้วยฐานไนโตรเจนน้ำตาล 5 คาร์บอนและกลุ่มฟอสเฟต

น้ำตาลคาร์บอน 5 และหมู่ฟอสเฟตของแต่ละนิวคลีโอไทด์มารวมกันเป็นกระดูกสันหลังของกรดนิวคลีอิก

เมื่อนิวคลีโอไทด์ไม่ได้เชื่อมต่อกันเพื่อสร้างโมเลกุล DNA หรือ RNA พวกมันจะรวมกลุ่มฟอสเฟตอีกสองกลุ่มที่ก่อให้เกิดโมเลกุลเช่น ATP (adenosine triphosphate) หรือ GTP (guanosine triphosphate)

2- เป็นที่เก็บพลังงาน

ATP เป็นโมเลกุลหลักที่ให้พลังงานแก่เซลล์เพื่อให้สามารถทำหน้าที่สำคัญได้

ตัวอย่างเช่นเมื่อกล้ามเนื้อหดตัวโปรตีนในกล้ามเนื้อจะใช้ ATP เพื่อทำเช่นนั้น

โมเลกุลนี้ประกอบด้วยอะดีโนซีนที่เชื่อมโยงกับฟอสเฟตสามกลุ่ม พันธะที่เกิดขึ้นระหว่างกลุ่มเหล่านี้มีพลังงานสูง

ซึ่งหมายความว่าเมื่อพันธะเหล่านี้ขาดพลังงานจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมาเพื่อใช้ในการทำงานในเซลล์

การกำจัดหมู่ฟอสเฟตเพื่อปลดปล่อยพลังงานเรียกว่า ATP ไฮโดรไลซิส ผลลัพธ์ที่ได้คือฟอสเฟตอิสระบวกกับโมเลกุล ADP (อะดีโนซีนไดฟอสเฟตเนื่องจากมีฟอสเฟตเพียงสองกลุ่ม)

นอกจากนี้ยังพบกลุ่มฟอสเฟตในโมเลกุลพลังงานอื่น ๆ ที่มีน้อยกว่า ATP เช่น guanosine triphosphate (GTP), cytidine triphosphate (CTP) และ uridine triphosphate (UTP)

3- ในการกระตุ้นโปรตีน

กลุ่มฟอสเฟตมีความสำคัญในการกระตุ้นโปรตีนเพื่อให้สามารถทำหน้าที่เฉพาะในเซลล์ได้

โปรตีนถูกกระตุ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่าฟอสโฟรีเลชันซึ่งเป็นเพียงการเพิ่มกลุ่มฟอสเฟต

เมื่อหมู่ฟอสเฟตถูกจับกับโปรตีนโปรตีนจะถูกกล่าวว่าถูกฟอสโฟรีเลต์

นั่นหมายความว่ามันถูกกระตุ้นให้สามารถทำงานบางอย่างได้เช่นการส่งข้อความไปยังโปรตีนอื่นในเซลล์

โปรตีนฟอสโฟรีเลชันเกิดขึ้นในทุกรูปแบบของชีวิตและโปรตีนที่เพิ่มกลุ่มฟอสเฟตเหล่านี้ให้กับโปรตีนอื่น ๆ เรียกว่าไคเนส

เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะกล่าวถึงว่าบางครั้งงานของไคเนสคือการฟอสโฟรีเลตไคเนสอื่น ตรงกันข้าม Dephosphorylation คือการกำจัดหมู่ฟอสเฟต

4- ในเยื่อหุ้มเซลล์

กลุ่มฟอสเฟตสามารถรวมไขมันเพื่อสร้างสารชีวโมเลกุลที่สำคัญอีกประเภทหนึ่งเรียกว่าฟอสโฟลิปิด

ความสำคัญอยู่ที่ความจริงที่ว่าฟอสโฟลิปิดเป็นองค์ประกอบหลักของเยื่อหุ้มเซลล์และเป็นโครงสร้างที่จำเป็นสำหรับชีวิต

โมเลกุลของฟอสโฟลิปิดจำนวนมากถูกจัดเรียงเป็นแถวเพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่า phospholipid bilayer นั่นคือฟอสโฟลิปิดสองชั้น

Bilayer นี้เป็นส่วนประกอบหลักของเยื่อชีวภาพเช่นเยื่อหุ้มเซลล์และซองนิวเคลียร์ที่ล้อมรอบนิวเคลียส

5- เป็นตัวควบคุม pH

สิ่งมีชีวิตต้องการสภาพที่เป็นกลางสำหรับชีวิตเนื่องจากกิจกรรมทางชีวภาพส่วนใหญ่เกิดขึ้นได้ที่ pH เฉพาะใกล้เคียงกับเป็นกลางเท่านั้น นั่นคือไม่เป็นกรดมากหรือเป็นพื้นฐาน

กลุ่มฟอสเฟตเป็นบัฟเฟอร์ pH ที่สำคัญในเซลล์

6- ในระบบนิเวศ

ในสภาพแวดล้อมน้ำจืดฟอสฟอรัสเป็นสารอาหารที่ จำกัด การเจริญเติบโตของพืชและสัตว์

การเพิ่มปริมาณโมเลกุลที่มีฟอสฟอรัส (เช่นหมู่ฟอสเฟต) สามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตของแพลงก์ตอนและพืช

การเติบโตของพืชที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้เกิดอาหารมากขึ้นสำหรับสิ่งมีชีวิตอื่นเช่นแพลงก์ตอนสัตว์และปลา ดังนั้นห่วงโซ่อาหารจึงดำเนินต่อไปจนกว่าจะถึงมนุษย์

การเพิ่มขึ้นของฟอสเฟตในขั้นต้นจะทำให้แพลงก์ตอนและปลาเพิ่มจำนวนมากขึ้น แต่การเพิ่มขึ้นมากเกินไปจะ จำกัด สารอาหารอื่น ๆ ที่มีความสำคัญต่อการอยู่รอดเช่นออกซิเจน

การสูญเสียออกซิเจนนี้เรียกว่ายูโทรฟิเคชันและสามารถฆ่าสัตว์น้ำได้

ฟอสเฟตสามารถเพิ่มขึ้นได้เนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์เช่นการบำบัดน้ำเสียการปล่อยในโรงงานอุตสาหกรรมและการใช้ปุ๋ยในการเกษตร

อ้างอิง

Alberts, B. , Johnson, A. , Lewis, J. , Morgan, D. , Raff, M. , Roberts, K. & Walter, P. (2014). อณูชีววิทยาของเซลล์ (6th ed.). การ์แลนด์วิทยาศาสตร์.
Berg, J. , Tymoczko, J. , Gatto, G. & Strayer, L. (2015). ชีวเคมี (ฉบับที่ 8) WH Freeman และ บริษัท
ฮัดสัน JJ เทย์เลอร์ WD และ Schindler DW (2000) ความเข้มข้นของฟอสเฟตในทะเลสาบ ธรรมชาติ, 406 (6791), 54-56.
คาร์ล DM (2000) นิเวศวิทยาทางน้ำ. ฟอสฟอรัสเจ้าหน้าที่แห่งชีวิต ธรรมชาติ, 406 (6791), 31-33.
Karp, G. (2552). ชีววิทยาของเซลล์และโมเลกุล: แนวคิดและการทดลอง (6th ed.). ไวลีย์
Lodish, H. , Berk, A. , Kaiser, C. , Krieger, M. , Bretscher, A. , Ploegh, H. , Amon, A. & Martin, K. (2016) ชีววิทยาระดับโมเลกุล (ฉบับที่ 8). WH Freeman และ บริษัท
Nelson, D. & Cox, M. (2017). Lehninger Principles of Biochemistry (7th ed.). WH ฟรีแมน
Voet, D. , Voet, J. & Pratt, C. (2016). พื้นฐานชีวเคมี: ชีวิตในระดับโมเลกุล (ฉบับที่ 5) ไวลีย์
Zhang, S. , Rensing, C. , & Zhu, YG (2014) พลศาสตร์รีดอกซ์สารหนูที่เป็นสื่อกลางไซยาโนแบคทีเรียถูกควบคุมโดยฟอสเฟตในสภาพแวดล้อมทางน้ำ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสิ่งแวดล้อม, 48 (2), 994–1000

หมู่ฟอสเฟตคืออะไร? คุณสมบัติและฟังก์ชั่น - เคมี - 2026