ما هي مجموعة الفوسفات؟ الخصائص والوظائف - كيمياء - 2025

A مجموعة الفوسفات هو جزيء يتكون من ذرة فوسفور المستعبدين من أربعة الأكسجين. صيغته الكيميائية هي PO43-. تسمى هذه المجموعة من الذرات مجموعة الفوسفات عندما يتم ربطها بجزيء يحتوي على الكربون (أي جزيء بيولوجي).

كل الكائنات الحية مصنوعة من الكربون. توجد مجموعة الفوسفات في المادة الوراثية في جزيئات الطاقة المهمة لاستقلاب الخلايا ، وتشكل جزءًا من الأغشية البيولوجية وبعض النظم البيئية للمياه العذبة.

مجموعة الفوسفات المرتبطة بسلسلة R.

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

يمكن للإلكترونات المشتركة بين ذرات الأكسجين الأربع وذرة الكربون تخزين الكثير من الطاقة ؛ هذه القدرة حيوية لبعض أدوارهم في الخلية.

الوظائف الست الرئيسية لمجموعة الفوسفات

1- في الأحماض النووية

DNA و RNA ، المادة الوراثية لجميع الكائنات الحية ، هي أحماض نووية. وهي تتكون من نيوكليوتيدات ، والتي بدورها تتكون من قاعدة نيتروجينية ، وسكر مكون من 5 كربون ، ومجموعة فوسفات.

يجتمع السكر المكون من 5 كربون ومجموعة الفوسفات لكل نوكليوتيد معًا لتشكيل العمود الفقري للأحماض النووية.

عندما لا يتم ربط النيوكليوتيدات ببعضها البعض لتكوين جزيئات DNA أو RNA ، فإنها تنضم إلى مجموعتين أخريين من الفوسفات ، مما يؤدي إلى ظهور جزيئات مثل ATP (ثلاثي فوسفات الأدينوزين) أو GTP (ثلاثي فوسفات الغوانوزين).

2- كمخزن للطاقة

ATP هو الجزيء الرئيسي الذي يمد الخلايا بالطاقة حتى تتمكن من أداء وظائفها الحيوية.

على سبيل المثال ، عندما تنقبض العضلات ، تستخدم بروتينات العضلات ATP للقيام بذلك.

يتكون هذا الجزيء من أدينوزين مرتبط بثلاث مجموعات فوسفاتية. الروابط المتكونة بين هذه المجموعات ذات طاقة عالية.

هذا يعني أنه عندما تنكسر هذه الروابط ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة التي يمكن استخدامها للقيام بعمل في الخلية.

تسمى إزالة مجموعة الفوسفات لإطلاق الطاقة بالتحلل المائي ATP. والنتيجة هي فوسفات حر بالإضافة إلى جزيء ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين ، لأنه يحتوي فقط على مجموعتين من الفوسفات).

توجد مجموعات الفوسفات أيضًا في جزيئات الطاقة الأخرى الأقل شيوعًا من ATP ، مثل غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) ، وسيتيدين ثلاثي الفوسفات (CTP) ، ويوريدين ثلاثي الفوسفات (UTP).

3- في تنشيط البروتينات

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 يتم ربط مجموعة الفوسفات ببروتين ، يُقال إن البروتين قد تمت فسفرته.

هذا يعني أنه تم تنشيطه ليكون قادرًا على القيام بعمل معين ، مثل حمل رسالة إلى بروتين آخر في الخلية.

تحدث فسفرة البروتين في جميع أشكال الحياة ، وتسمى البروتينات التي تضيف مجموعات الفوسفات هذه إلى بروتينات أخرى كينازات.

من المثير للاهتمام أن نذكر أنه في بعض الأحيان تكون وظيفة الكيناز هي فسفرة كيناز آخر. على العكس من ذلك ، فإن نزع الفسفرة هو إزالة مجموعة الفوسفات.

4- في أغشية الخلايا

يمكن لمجموعات الفوسفات أن تنضم إلى الدهون لتشكيل نوع آخر من الجزيئات الحيوية المهمة جدًا تسمى الدهون الفوسفورية.

تكمن أهميته في حقيقة أن الفسفوليبيدات هي المكون الرئيسي لأغشية الخلايا وهي هياكل أساسية للحياة.

يتم ترتيب العديد من جزيئات الفسفوليبيد في صفوف لتشكيل ما يسمى طبقة ثنائية الفوسفوليبيد. أي طبقة مزدوجة من الفوسفوليبيد.

هذه الطبقة الثنائية هي المكون الرئيسي للأغشية البيولوجية ، مثل غشاء الخلية والغلاف النووي الذي يحيط بالنواة.

5- كمنظم للأس الهيدروجيني

تحتاج الكائنات الحية إلى ظروف محايدة للحياة لأن معظم الأنشطة البيولوجية يمكن أن تحدث فقط عند درجة حموضة معينة قريبة من المحايدة ؛ هذا ليس حامضيًا جدًا ولا قاعديًا جدًا.

مجموعة الفوسفات هي عازلة مهمة لدرجة الحموضة في الخلايا.

6- في النظم البيئية

في بيئات المياه العذبة ، يعتبر الفوسفور من العناصر الغذائية التي تحد من نمو النباتات والحيوانات.

زيادة كمية الجزيئات المحتوية على الفوسفور (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 الإنسان.

ستؤدي الزيادة في الفوسفات في البداية إلى زيادة أعداد العوالق والأسماك ، لكن الزيادة المفرطة ستحد من العناصر الغذائية الأخرى المهمة أيضًا للبقاء ، مثل الأكسجين.

يُطلق على استنفاد الأكسجين هذا التخثث ، ويمكن أن يقتل الحيوانات المائية.

يمكن أن يزيد الفوسفات بسبب الأنشطة البشرية ، مثل معالجة مياه الصرف الصحي ، والتصريف الصناعي ، واستخدام الأسمدة في الزراعة.

المراجع

1. ألبرتس ، ب ، جونسون ، أ ، لويس ، ج. ، مورغان ، د. ، راف ، إم ، روبرتس ، ك.والتر ، ب. (2014). البيولوجيا الجزيئية للخلية (الطبعة السادسة). علوم جارلاند.
2. بيرج ، جيه ، تيموكزكو ، جيه ، جاتو ، ج.ستراير ، إل (2015). الكيمياء الحيوية (الطبعة الثامنة). دبليو فريمان وشركاه.
3. هدسون ، جي جي ، تايلور ، دبليو دي ، وشندلر ، دي دبليو (2000). تركيزات الفوسفات في البحيرات. الطبيعة، 406 (6791) ، 54-56.
4. كارل ، مارك ألماني (2000). علم البيئة المائية. الفوسفور ، قوام الحياة. الطبيعة ، 406 (6791) ، 31-33.
5. كارب ، ج. (2009). البيولوجيا الخلوية والجزيئية: المفاهيم والتجارب (الطبعة السادسة). وايلي.
6. لوديش ، هـ ، بيرك ، أ ، كايزر ، سي ، كريجر ، إم ، بريتشر ، إيه ، بلويج ، إتش ، آمون ، إيه ومارتن ، ك. (2016). بيولوجيا الخلية الجزيئية (الطبعة الثامنة). دبليو فريمان وشركاه.
7. نيلسون ، دي وكوكس ، م. (2017). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية (الطبعة السابعة). WH 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، YG (2014). يتم تنظيم ديناميات أكسدة الزرنيخ بوساطة البكتيريا الزرقاء بواسطة الفوسفات في البيئات المائية. العلوم البيئية والتكنولوجيا ، 48 (2) ، 994-1000.