Gugus fosfat adalah molekul yang terdiri dari atom fosfor yang terikat pada empat atom oksigen. Rumus kimianya adalah PO43-. Kelompok atom ini disebut gugus fosfat ketika ditempelkan pada molekul yang mengandung karbon (molekul biologis apa saja).
Semua makhluk hidup terbuat dari karbon. Gugus fosfat hadir dalam materi genetik dalam molekul energi yang penting untuk metabolisme sel, membentuk bagian dari membran biologis dan beberapa ekosistem air tawar.
Jelaslah bahwa gugus fosfat hadir dalam banyak struktur penting organisme.
Elektron yang terbagi antara empat atom oksigen dan atom karbon dapat menyimpan banyak energi; kemampuan ini sangat penting untuk beberapa peran mereka dalam sel.
6 Fungsi utama gugus fosfat
1- Dalam asam nukleat
DNA dan RNA, bahan genetik semua makhluk hidup, adalah asam nukleat. Mereka terdiri dari nukleotida, yang pada gilirannya terbuat dari basa nitrogen, gula 5-karbon dan gugus fosfat.
Gula 5-karbon dan gugus fosfat pada setiap nukleotida bersatu membentuk tulang punggung asam nukleat.
Ketika nukleotida tidak terikat satu sama lain untuk membentuk molekul DNA atau RNA, mereka berikatan dengan dua kelompok fosfat lain yang memunculkan molekul seperti ATP (adenosin trifosfat) atau GTP (guanosin trifosfat).
2- Sebagai penyimpan energi
ATP adalah molekul utama yang memasok energi ke sel sehingga mereka dapat melakukan fungsi vitalnya.
Misalnya, ketika otot berkontraksi, protein otot menggunakan ATP untuk melakukannya.
Molekul ini terdiri dari adenosin yang menempel pada tiga kelompok fosfat. Ikatan yang terbentuk antara kelompok-kelompok ini adalah energi tinggi.
Ini berarti bahwa, dengan memutus ikatan ini, sejumlah besar energi dilepaskan yang dapat digunakan untuk melakukan pekerjaan di dalam sel.
Penghapusan gugus fosfat untuk melepaskan energi disebut hidrolisis ATP. Hasilnya adalah fosfat bebas plus molekul ADP (adenosin difosfat, karena hanya memiliki dua gugus fosfat).
Kelompok fosfat juga ditemukan dalam molekul energi lain yang kurang umum daripada ATP, seperti guanosin trifosfat (GTP), sitidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP).
3- Aktivasi protein
Kelompok fosfat penting dalam mengaktifkan protein, sehingga mereka dapat melakukan fungsi tertentu dalam sel.
Protein diaktifkan melalui proses yang disebut fosforilasi, yang hanya merupakan penambahan gugus fosfat.
Ketika suatu gugus fosfat terikat pada suatu protein, protein tersebut dikatakan telah mengalami fosforilasi.
Itu berarti telah diaktifkan untuk melakukan pekerjaan tertentu, seperti membawa pesan ke protein lain di dalam sel.
Fosforilasi protein terjadi dalam semua bentuk kehidupan, dan protein yang menambahkan gugus fosfat ini ke protein lain disebut kinase.
Sangat menarik untuk menyebutkan bahwa kadang-kadang tugas satu kinase adalah memfosforilasi kinase lain. Sebaliknya, defosforilasi adalah penghilangan gugus fosfat.
4- di membran sel
Gugus fosfat dapat mengikat lipid untuk membentuk jenis biomolekul lain yang sangat penting yang disebut fosfolipid.
Pentingnya terletak pada kenyataan bahwa fosfolipid adalah komponen utama membran sel dan ini adalah struktur penting untuk kehidupan.
Banyak molekul fosfolipid disusun dalam baris untuk membentuk apa yang disebut lapisan ganda fosfolipid; yaitu, lapisan ganda fosfolipid.
Lapisan ganda ini adalah komponen utama membran biologis, seperti membran sel dan amplop nuklir yang mengelilingi nukleus.
5- Sebagai pengatur pH
Makhluk hidup membutuhkan kondisi netral untuk kehidupan karena sebagian besar aktivitas biologis hanya dapat terjadi pada pH tertentu yang mendekati netralitas; yaitu, tidak terlalu asam atau sangat basa.
Gugus fosfat merupakan buffer pH penting dalam sel.
6- Dalam ekosistem
Dalam lingkungan air tawar, fosfor adalah nutrisi yang membatasi pertumbuhan tanaman dan hewan.
Peningkatan jumlah molekul yang mengandung fosfor (seperti gugus fosfat) dapat meningkatkan pertumbuhan plankton dan tanaman.
Peningkatan pertumbuhan tanaman ini diterjemahkan menjadi lebih banyak makanan bagi organisme lain, seperti zooplankton dan ikan. Dengan demikian, rantai makanan berlanjut hingga mencapai manusia.
Peningkatan fosfat pada awalnya akan meningkatkan jumlah plankton dan ikan, tetapi peningkatan terlalu banyak akan membatasi nutrisi lain yang juga penting untuk kelangsungan hidup, seperti oksigen.
Penipisan oksigen ini disebut eutrofikasi dan dapat membunuh hewan air.
Fosfat dapat meningkat karena aktivitas manusia, seperti pengolahan air limbah, pembuangan industri, dan penggunaan pupuk dalam pertanian.