QUEL EST LE GROUPE PHOSPHATE? CARACTÉRISTIQUES ET FONCTIONS - CHIMIE - 2025

Un groupe phosphate est une molécule composée d'un atome de phosphore lié à quatre oxygène. Sa formule chimique est PO43-. Ce groupe d'atomes est appelé un groupe phosphate lorsqu'il est attaché à une molécule contenant du carbone (toute molécule biologique).

Tous les êtres vivants sont faits de carbone. Le groupe phosphate est présent dans le matériel génétique dans des molécules d'énergie importantes pour le métabolisme cellulaire, faisant partie des membranes biologiques et de certains écosystèmes d'eau douce.

Groupe phosphate attaché à la chaîne R.

Il est clair que le groupe phosphate est présent dans de nombreuses structures importantes des organismes.

Les électrons partagés entre les quatre atomes d'oxygène et l'atome de carbone peuvent stocker beaucoup d'énergie; cette capacité est vitale pour certains de leurs rôles dans la cellule.

Les 6 principales fonctions du groupe phosphate

1- Dans les acides nucléiques

L'ADN et l'ARN, le matériel génétique de tous les êtres vivants, sont des acides nucléiques. Ils sont constitués de nucléotides, qui à leur tour sont constitués d'une base azotée, d'un sucre à 5 carbones et d'un groupe phosphate.

Le sucre à 5 carbones et le groupe phosphate de chaque nucléotide se réunissent pour former le squelette des acides nucléiques.

Lorsque les nucléotides ne sont pas liés les uns aux autres pour former des molécules d'ADN ou d'ARN, ils rejoignent deux autres groupes phosphate donnant naissance à des molécules telles que l'ATP (adénosine triphosphate) ou le GTP (guanosine triphosphate).

2- En tant que réserve d'énergie

L'ATP est la principale molécule qui fournit de l'énergie aux cellules afin qu'elles puissent remplir leurs fonctions vitales.

Par exemple, lorsque les muscles se contractent, les protéines musculaires utilisent l'ATP pour le faire.

Cette molécule est constituée d'une adénosine liée à trois groupes phosphate. Les liaisons formées entre ces groupes sont de haute énergie.

Cela signifie qu'en rompant ces liens, une grande quantité d'énergie est libérée qui peut être utilisée pour travailler dans la cellule.

L'élimination d'un groupe phosphate pour libérer de l'énergie est appelée hydrolyse ATP. Le résultat est un phosphate libre plus une molécule d'ADP (adénosine diphosphate, car il n'a que deux groupes phosphate).

Les groupes phosphates se trouvent également sur d'autres molécules énergétiques moins courantes que l'ATP, telles que la guanosine triphosphate (GTP), le cytidine triphosphate (CTP) et l'uridine triphosphate (UTP).

3- Dans l'activation des protéines

Les groupes phosphates sont importants dans l'activation des protéines, de sorte qu'ils peuvent remplir des fonctions particulières dans les cellules.

Les protéines sont activées par un processus appelé phosphorylation, qui est simplement l'addition d'un groupe phosphate.

Lorsqu'un groupe phosphate a été attaché à une protéine, on dit que la protéine a été phosphorylée.

Cela signifie qu'il a été activé pour pouvoir effectuer un travail particulier, comme transmettre un message à une autre protéine de la cellule.

La phosphorylation des protéines se produit dans toutes les formes de vie, et les protéines qui ajoutent ces groupes phosphate à d'autres protéines sont appelées kinases.

Il est intéressant de mentionner que le travail d'une kinase est parfois de phosphoryler une autre kinase. Inversement, la déphosphorylation est l'élimination d'un groupe phosphate.

4- Dans les membranes cellulaires

Les groupes phosphates peuvent rejoindre les lipides pour former un autre type de biomolécules très importantes appelées phospholipides.

Son importance réside dans le fait que les phospholipides sont le principal composant des membranes cellulaires et ce sont des structures essentielles à la vie.

De nombreuses molécules de phospholipides sont disposées en rangées pour former ce qu'on appelle une bicouche de phospholipides; c'est-à-dire une double couche de phospholipides.

Cette bicouche est le principal composant des membranes biologiques, telles que la membrane cellulaire et l'enveloppe nucléaire qui entoure le noyau.

5- En tant que régulateur de pH

Les êtres vivants ont besoin de conditions neutres pour la vie parce que la plupart des activités biologiques ne peuvent se produire qu'à un pH spécifique proche de la neutralité; c'est-à-dire ni très acide ni très basique.

Le groupe phosphate est un tampon de pH important dans les cellules.

6- Dans les écosystèmes

Dans les environnements d'eau douce, le phosphore est un nutriment qui limite la croissance des plantes et des animaux.

L'augmentation de la quantité de molécules contenant du phosphore (telles que les groupes phosphate) peut favoriser la croissance du plancton et des plantes.

Cette augmentation de la croissance des plantes se traduit par plus de nourriture pour d'autres organismes, tels que le zooplancton et les poissons. Ainsi, la chaîne alimentaire se poursuit jusqu'à ce qu'elle atteigne les humains.

Une augmentation des phosphates augmentera initialement le nombre de plancton et de poissons, mais une augmentation trop importante limitera d'autres nutriments qui sont également importants pour la survie, comme l'oxygène.

Cet épuisement de l'oxygène est appelé eutrophisation et peut tuer les animaux aquatiques.

Les phosphates peuvent augmenter en raison des activités humaines, telles que le traitement des eaux usées, les rejets industriels et l'utilisation d'engrais dans l'agriculture.

Références

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. et Walter, P. (2014). Biologie moléculaire de la cellule (6e éd.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. et Strayer, L. (2015). Biochemistry (8e éd.). WH Freeman and Company.
3. Hudson, JJ, Taylor, WD et Schindler, DW (2000). Concentrations de phosphate dans les lacs. Nature, 406 (6791), 54-56.
4. Karl, DM (2000). Écologie aquatique. Phosphorus, le bâton de la vie. Nature, 406 (6791), 31-33.
5. Karp, G. (2009). Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments (6e éd.). Wiley.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. et Martin, K. (2016). Biologie cellulaire moléculaire (8e éd.). WH Freeman and Company.
7. Nelson, D. et Cox, M. (2017). Principes de Lehninger de biochimie (7e éd.). WH Freeman.
8. Voet, D., Voet, J. et Pratt, C. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5e éd.). Wiley.
9. Zhang, S., Rensing, C. et Zhu, YG (2014). La dynamique redox de l'arsenic médiée par les cyanobactéries est régulée par le phosphate dans les milieux aquatiques. Science et technologie de l'environnement, 48 (2), 994-1000.