Biochimia este o ramură a biologiei care studiază compoziția chimică atât a celulelor individuale, cât și a întregului organism. Se știe că aproape 98% din conținutul celular include atomi de oxigen, carbon, azot și hidrogen. Aceste elemente chimice sunt numite organogenice. 1,8% cade pe potasiu, sodiu, magneziu, clor, fosfor. În organismul uman, acestea fac parte din sărurile minerale și au forma unor ioni simpli sau complecși, asigurând cursul normal al reacțiilor metabolice. De exemplu, cei mai importanți compuși celulari responsabili de transmiterea trăsăturilor ereditare - acizii nucleici - conțin anioni de reziduuri acide ale acidului ortofosforic.
Ionii care conțin fosfor sunt de asemenea incluși în moleculele de ATP, de care depinde furnizarea de energie a celulelor. În acest articol, vom oferi exemple care confirmă importantulrolul fosforului în corpul uman și efectul acestuia asupra metabolismului.
Legături polare covalente și semnificația lor
Baza structurii substanțelor organice care alcătuiesc materia vie este capacitatea moleculelor lor de a forma un anumit tip de legătură chimică. Se numește polar covalent și, iandu-se între atomii nemetalelor, determină principalele caracteristici chimice ale compușilor. Biochimia, studiind compoziția moleculelor de substanțe care pătrund în celulele plantelor, ciupercilor, animalelor, a stabilit compoziția chimică a acestora. S-a dovedit că, pe lângă azot, carbon, oxigen, includ și fosfor. În corpul uman, nu apare în stare liberă, deoarece este o substanță foarte toxică. Prin urmare, în sistemele vii, elementul are forma unor anioni de acid meta-, orto- sau pirofosforic, care au capacitatea de a forma legături cu cationii metalici. În ce substanțe ale celulei pot fi găsite?
Fosfor în molecule organice complexe
Proteinele sistemului osos, hormonii, vitaminele și lipidele formează compuși complecși cu ioni complexi care conțin fosfor. În corpul uman există compuși complecși - fosfolipide și fosfoproteine, care fac parte din moleculele de substanțe biologic active - enzime și steroizi. Legăturile polare covalente din nucleotidele ADN și ARN asigură formarea de legături fosfodiester în lanțurile de acid nucleic. De ce este necesar fosforul în corpul uman și care sunt funcțiile acestuia în metabolism? Să luăm mai întâi în considerare această întrebare la nivel celular de organizare.
Locul fosforului în compoziția elementară a celulei
După conținutul din citoplasmă și organele (0,2-1%), nemetalul se află pe locul patru după elementele organogenice. Cele mai saturate cu compuși ai fosforului sunt celulele sistemului musculo-scheletic - osteocitele, substanța țesutului dentar - dentina. Conținutul lor este bogat în neuroni și neuroglia, care alcătuiesc sistemul nervos. Atomii de fosfor se găsesc în proteinele membranei, acizii nucleici și substanțele cu consum mare de energie - ATP acid adenozin trifosforic și sub formă redusă de nicotinamidă dinucleotidă fosfat - NADP×H2. După cum puteți vedea, în corpul uman, fosforul se găsește în toate structurile vitale: celule, țesuturi, sisteme fiziologice.
Se știe că nivelul de homeostazie al unei celule, care este un sistem biologic deschis, depinde de concentrația diferiților ioni din hialoplasmă și fluidul intercelular. Care este funcția fosforului în menținerea constantă a mediului intern al corpului uman?
Sistem tampon
Datorită proprietății de semi-permeabilitate prin membrana exterioară, diferite substanțe pătrund constant în celulă, o concentrație mare a cărora îi poate afecta negativ activitatea vitală. Pentru a neutraliza excesul de ioni toxici, citoplasma, impreuna cu cationii de sodiu, potasiu, calciu, contine reziduuri acide de carbonat, sulfit si acizi fosforici. Ei sunt capabili să reacționeze cu un exces de ioni care au intrat în celulă și să controleze constanța conținutului intracelular. Sistemul tampon, pe lângă ionii acizilor slabi, include în mod necesar anioniNRO42- și N2RO4 - care conține fosfor. În corpul uman, ca parte a sistemului tampon, asigură cursul fiziologic normal al reacțiilor metabolice la nivel celular.
Fosforilarea oxidativă
Defalcarea compușilor organici dintr-o celulă se numește respirație aerobă. Locația sa este mitocondriile. Complexele enzimatice sunt localizate pe pliurile interioare - cristae organelelor. De exemplu, sistemul ATP-ază conține molecule purtătoare de electroni. Datorită reacțiilor catalizate de enzime, ATP este sintetizat din ADP și molecule libere de acid fosforic - substanța energetică universală a celulelor, care este cheltuită pentru reproducerea, creșterea și mișcarea lor. Formarea sa poate fi reprezentată ca o schemă de reacție simplificată: ADP + F=ATP. Apoi moleculele de acid adenozin trifosforic se acumulează în citoplasmă. Ele servesc ca sursă de energie pentru efectuarea lucrărilor mecanice, de exemplu, în sistemul muscular și în reacțiile de schimb plastic. În consecință, fosforul din corpul uman joacă un rol principal în metabolismul energetic.
Legături fosfodiesterice ale moleculelor ereditate
Un conținut ridicat de fosfor atomic este înregistrat în nucleul celulei, deoarece elementul face parte din acizii nucleici. Descoperite în secolul al XIX-lea de omul de știință elvețian F. Miescher, acestea sunt biopolimeri și constau din monomeri - nucleotide. Fosfor prezentatât în bazele purinice și pirimidinice în sine, cât și în legăturile care formează lanțurile de ARN și superbobina ADN. Monomerii acidului nucleic sunt capabili să formeze structuri polimerice datorită apariției legăturilor covalente între resturile de pentoză și acid fosforic ale nucleotidelor adiacente. Se numesc fosfodiesteri. Distrugerea moleculelor de ADN și ARN care are loc în celulele umane sub influența radiațiilor gamma dure sau ca urmare a otrăvirii cu substanțe toxice are loc din cauza ruperii legăturilor fosfodiesterice. Determină moartea celulelor.
Membrane biologice
Structurile care limitează conținutul intern al celulei conțin și fosfor. În corpul uman, până la 40% din greutatea corporală uscată cade pe compușii care conțin fosfolipide și fosfoproteine. Sunt componentele principale ale stratului membranar, care contine si substante precum proteinele si carbohidratii. Un conținut ridicat de fosfor este caracteristic membranelor neurocitelor și proceselor lor - dendrite și axoni. Fosfolipidele conferă membranelor plasticitate, iar datorită prezenței moleculelor de colesterol, de asemenea, rezistență. Ei joacă, de asemenea, rolul de mesageri secund - molecule de semnalizare care sunt activatori ai proteinelor efectoare implicate în conducerea unui impuls nervos.
Glandele paratiroide și rolul lor în metabolismul fosforului
Glandele paratiroide, asemănătoare cu mazărea, situate pe ambii lobi ai glandei tiroide și cântărind 0,5-0,8 g fiecare, secretă hormon paratiroidian. Reglează schimbul de elemente precumcalciu și fosfor în corpul uman. Funcțiile lor sunt de a acționa asupra osteocitelor și osteoblastelor - celule ale sistemului osos, care, sub influența hormonului, încep să elibereze săruri de acid fosforic în lichidul extracelular. Odată cu hiperfuncția glandelor paratiroide, oasele umane își pierd rezistența, se înmoaie și se prăbușesc, conținutul de fosfor din ele scade brusc. În acest moment, crește riscul de fracturi ale coloanei vertebrale, oaselor pelvine și șoldurilor, care amenință viața pacientului. În același timp, cantitatea de calciu crește. Acest lucru duce la hipercalcemie cu simptome de afectare a nervilor periferici și o scădere a tonusului mușchilor scheletici. Hormonul paratiroidian acționează și asupra rinichilor, reducând reabsorbția sărurilor de fosfor din urina primară. O creștere a fosfatului în țesuturile rinichilor provoacă hiperfosfaturie și formarea de calculi.
Compoziția minerală a oaselor
Duritatea, rezistența și elasticitatea sistemului de susținere depind de compoziția chimică a celulelor țesutului osos. Osteocitele conțin atât compuși organici, cum ar fi proteina osseina, cât și substanțe anorganice care conțin săruri de fosfat de calciu și magneziu. Pe măsură ce o persoană îmbătrânește, cantitatea de componente minerale, cum ar fi hidroxiapatitele, din osteocite și osteoblaste crește. Mineralizarea anormală a țesutului osos, acumularea de săruri de calciu și excesul de fosfor în corpul uman duc la o pierdere a elasticității și rezistenței tuturor părților scheletului, astfel încât persoanele în vârstă sunt mai expuse riscului de răni și fracturi.
Transformarea compușilor fosforului în organismom
Cea mai mare glandă digestivă din corpul uman - ficatul - joacă un rol principal în metabolismul substanțelor care conțin fosfor. Hormonii paratiroidieni și vitamina D influențează, de asemenea, aceste procese. Necesarul zilnic al elementului pentru adulți este de 1,0-2,0 grame, pentru copii și adolescenți - până la 2,5 g. Fosforul sub formă de săruri ușor digerabile, precum și în complexe cu proteine și carbohidrați, intră în corpul uman cu alimente.
Semințele de floarea-soarelui, dovleac, cânepă sunt saturate cu ea. Există mult fosfor în produsele de origine animală din ficatul de pui, carnea de vită, brânzeturile tari și peștele. Un exces de fosfor în organism poate apărea ca urmare a unei încălcări a funcției de reabsorbție a rinichilor, a utilizării necorespunzătoare a vitaminelor și a lipsei de calciu în alimente. Efectul negativ al fosforului asupra organismului uman se manifestă în primul rând prin afectarea sistemului cardiovascular, a rinichilor și a aparatului osos și poate indica tulburări metabolice grave.
