Grupo Fosfato: Definición, fórmula y estructura

¿Qué es el fosfato?

Cuando una molécula cargada eléctricamente se combina con fósforo mineral, se considera parte del grupo fosfato. Cuatro átomos de oxígeno están unidos al átomo central del mineral de fósforo en una geometría tetraédrica para formar un grupo fosfato. El fósforo con calcio mineral fortalece los huesos y los dientes. También juega un papel importante como fosfato en biología.

Un análisis de sangre de fosfato proporciona la cantidad de fosfato en la sangre. Los riñones filtran y eliminan el exceso de fosfato de la sangre. La presencia de fosfato en la sangre podría ayudar a diagnosticar o controlar enfermedades renales y trastornos óseos. También se utiliza para diagnosticar trastornos paratiroideos en las glándulas paratiroides que se encuentran en la región del cuello. Estas glándulas preparan hormonas que regulan los niveles de calcio en la sangre. Si la glándula no puede sintetizar cantidades altas o bajas de estas hormonas, esto puede provocar problemas de salud graves. Los niveles de fosfato en la sangre se analizan cuando el paciente experimenta síntomas de enfermedad renal o trastorno paratiroideo, como fatiga, dolor de huesos y calambres musculares.

Estructura del grupo fosfato

Un ejemplo de un grupo fosfato en acción es el ADN como conector. La función de la proteína está regulada por enzimas que añaden o eliminan un grupo fosfato de las cadenas laterales de los residuos de serina, tirosina o treonina. Muchas enfermedades son provocadas por algunos defectos presentes en las enzimas que transfieren el fosfato.

La base conjugada del ácido fosfórico que se desprotona se llama ion fosfato o fosfato inorgánico. Cuando dos grupos fosfato se unen entre sí, el enlace se denomina «anhídrido de fosfato» y el compuesto formado es «pirofosfato inorgánico».

El enlace químico entre el fosfato y los átomos de carbono es el éster de fosfato. El monofosfato de adenosina (AMP) tiene un único enlace éster fosfato. El trifosfato de adenosina (ATP) tiene un enlace éster fosfato y dos enlaces anhídrido fosfato. La hidrólisis por ATP es un proceso en el que se elimina el grupo fosfato para liberar energía. La ATP sintasa es una enzima que utiliza la energía de los alimentos para unir el fosfato a una molécula. La fosforilación es cuando un grupo fosfato se une a una molécula. Este proceso lo llevan a cabo el grupo de enzimas llamadas quinasas.

Los cuatro átomos de oxígeno de los grupos fosfato están unidos al átomo de fósforo formando una geometría tetraédrica. Hay un total de cinco enlaces con el fósforo. Hay cuatro enlaces s y uno es un enlace pi localizado. Los átomos de oxígeno en los grupos fosfato se denominan átomos conectados o átomos no conectados según su posición. Un difosfato inorgánico consta de dos oxígenos puente y cinco oxígenos no puente. Un solo fosfato que está unido a dos grupos orgánicos se conoce como diéster de fosfato. La columna vertebral del ADN tiene diésteres de fosfato. El fosfato orgánico tiene átomos de oxígeno asociados, así como cargas negativas. En los monofosfatos, difosfatos y trifosfatos orgánicos prevalecen cargas negativas netas y están protonados al pH fisiológico. Por convención, normalmente existen en un estado completamente desprotonado.

Grupo fosfato en el ADN

El ácido desoxirribonucleico (ADN) está formado por componentes básicos llamados nucleótidos. Cada nucleótido se compone de tres componentes, como un grupo fosfato, una base nitrogenada y una desoxirribosa. El ADN se compone de cuatro tipos de bases nitrogenadas. La adenina (A) y la guanina (G) son purinas con dos anillos. La citosina (C) y la timina (T) son pirimidinas más pequeñas con una estructura de anillo único. El nombre del nucleótido se establece según el tipo de base nitrogenada presente en él.

Grupo fosfato de nucleótido

El grupo fosfato presente en el nucleótido crea un enlace covalente con la molécula de azúcar del nucleótido adyacente para formar una larga cadena de monómeros de nucleótidos. Los grupos azúcar-fosfato forman la columna vertebral de la cadena sencilla de ADN. Los nucleótidos sobresalen de la columna vertebral. Los átomos del azúcar de cinco carbonos están numerados como 1′, 2′, 3′, 4′ y 5′ comenzando en el sentido de las agujas del reloj desde el oxígeno. El grupo fosfato está unido al carbono 5′ de un nucleótido y al carbono 3′ del nucleótido adyacente. En su estado natural, el ADN consta de dos hebras simples unidas entre sí mediante enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. El emparejamiento de bases se produce entre purinas y pirimidinas. Una base de adenina se une a una base de timina y una base de citosina se une a una base de guanina. La regla de Chargaff indica que el porcentaje de adenina es el mismo que el de timina y el porcentaje de guanina es el mismo que el de citosina debido a la naturaleza complementaria de las dos hebras.

Función del grupo fosfato

En las reacciones biológicas orgánicas, los fosfatos son grupos salientes comunes. Pueden ser fosfatos inorgánicos, pirofosfatos inorgánicos o monofosfatos orgánicos. Todas ellas son bases débiles cuando se combinan con iones metálicos como Mg2+ en la región del sitio activo de la enzima.

Homeostasis renal

La concentración de fósforo en la sangre está regulada por los riñones. Los riñones mantienen la homeostasis entre la excreción urinaria de fósforo y la absorción de fósforo en el tracto gastrointestinal. Un riñón que funcione normalmente debería mantener los niveles de fósforo en un rango específico a pesar de cualquier variación en la ingesta de fósforo en la dieta. Durante la función renal anormal, se altera la homeostasis. Un aumento en los niveles de fósforo conduce a una hiperplasia paratiroidea, que puede causar paratiroidismo secundario. Además, puede provocar una enfermedad ósea. Los niveles elevados de fósforo están relacionados con la mortalidad cardiovascular en la enfermedad renal crónica antes y después del inicio de la terapia de reemplazo renal.

Parte de la columna vertebral del ADN

La columna vertebral del ADN está formada por nucleótidos que constituyen un azúcar de 5 carbonos, un grupo fosfato y una base nitrogenada.

Activación de proteínas

Las proteínas son activadas por un grupo fosfato para que puedan realizar funciones específicas en las células. Las proteínas se activan mediante fosforilación, que se realiza mediante la adición del grupo fosfato. La fosforilación de proteínas ocurre en todas las formas de vida. Las proteínas se desactivan cuando se elimina el grupo fosfato.

Moléculas de energía

El trifosfato de adenosina o ATP es la principal fuente de energía de las células. Esta molécula está formada por tres grupos fosfato y adenosina. La energía que posee la molécula de ATP reside en los enlaces químicos del grupo fosfato. Si estos enlaces se rompen, se libera energía. La fosforilación del adenosín difosfato (ADP) da lugar a adenosín trifosfato (ATP). Los grupos fosfato están disponibles en moléculas energéticas distintas del ATP, pero no son muy comunes. Son trifosfato de citidina (CTP), trifosfato de guanosina (GTP) y trifosfato de uridina (UTP).

Parte de los fosfolípidos de la membrana.

Las membranas celulares están formadas por fosfolípidos. Los fosfolípidos están compuestos por una molécula de lípido y un grupo fosfato. Muchos fosfolípidos están dispuestos en varias filas para formar una bicapa de fosfolípidos que es la doble capa de fosfolípidos. La bicapa de fosfolípidos es el componente principal de la membrana celular y de la envoltura nuclear. Esta bicapa es semipermeable, lo que indica que sólo unas pocas moléculas pueden atravesarla y salir de la célula.

Los fosfolípidos constan de dos colas hidrófobas y una cabeza hidrófila. La cabeza es un grupo fosfato unido al glicerol, mientras que la cola tiene dos cadenas de ácidos grasos. Los ácidos grasos son solubles en grasas, mientras que los grupos fosfato son solubles en agua. La propiedad hidrófila o amante del agua de los grupos fosfato confiere al fosfolípido la propiedad de dispersarse en agua. Entonces, los fosfatos actúan como emulsionantes.

Buffer

El fosfato actúa como un tampón para mantener el pH de la solución neutro sin volverla demasiado ácida o demasiado básica. Los organismos vivos deben tener condiciones neutras para realizar todas las actividades biológicas a un pH neutro. La solución salina tamponada con fosfato es una solución tampón que consta de agua, sal y fosfato que se utiliza en investigaciones biológicas.

Ecosistemas

La presencia de demasiado fósforo en ambientes de agua dulce puede limitar el crecimiento de plantas y animales. Un aumento de fosfatos y otras moléculas que contienen fósforo puede ayudar a que crezca más plancton y plantas, lo que puede ayudar a la cadena alimentaria. Un exceso de fosfatos en el agua dulce podría limitar la disponibilidad de otros nutrientes como el oxígeno, que son vitales para la supervivencia de los animales acuáticos. El agotamiento del oxígeno conduce a la eutrofización. Los fosfatos pueden aumentar debido a la actividad humana, como los vertidos industriales, el tratamiento de aguas residuales y el uso de fertilizantes.

El cuerpo humano

Aproximadamente el 85% del fósforo del cuerpo humano está presente en los dientes y huesos en forma de fosfato cálcico. El elemento más común disponible junto al calcio en el cuerpo es el fósforo. El cuerpo no necesita fósforo ni en grandes ni en pequeñas cantidades. El fósforo está disponible para el consumo en la leche, los cereales y en los alimentos ricos en proteínas.

Resumen de la lección

El fosfato se trata principalmente en bioquímica. Nuestro ADN tiene enlaces fosfodiéster como parte de su columna vertebral. Muchas proteínas se activan o desactivan mediante la adición o eliminación de un grupo fosfato de sus aminoácidos. Los defectos en las enzimas transportadoras de fosfato pueden provocar muchas enfermedades. Cuando el ácido fosfórico se desprotona, su base conjugada es el ion fosfato. Dos grupos fosfato se combinan para formar un pirofosfato inorgánico con el enlace llamado anhídrido fosfato.

• El enlace entre el fosfato y un átomo de carbono es un éster de fosfato. El monofosfato de adenosina (AMP) tiene un enlace éster de fosfato. El trifosfato de adenosina (ATP) tiene un enlace éster fosfato y dos enlaces anhídrido fosfato. Los grupos fosfato están unidos al carbono 5′ de un nucleótido y al carbono 3′ de un nucleótido adyacente en una cadena de ADN. El fosfato también forma parte de los fosfolípidos que forman bicapas de fosfolípidos en la membrana celular. El fósforo es uno de los componentes principales del cuerpo humano presente en forma de fosfato cálcico.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador