Biokjemi er en gren av biologien som studerer den kjemiske sammensetningen av både individuelle celler og hele organismen. Det er kjent at nesten 98 % av celleinnholdet inkluderer oksygen, karbon, nitrogen og hydrogenatomer. Disse kjemiske elementene kalles organogene. 1,8 % faller på kalium, natrium, magnesium, klor, fosfor. I menneskekroppen er de en del av minerals alter og har form av enkle eller komplekse ioner, noe som sikrer det normale forløpet av metabolske reaksjoner. For eksempel inneholder de viktigste celleforbindelsene som er ansvarlige for overføring av arvelige egenskaper - nukleinsyrer - anioner av syrerester av ortofosforsyre.
Fosforholdige ioner er også inkludert i ATP-molekyler, som tilførsel av energi til celler avhenger av. I denne artikkelen vil vi gi eksempler som bekrefter det viktigefosfors rolle i menneskekroppen og dens effekt på metabolismen.
Kovalente polare bindinger og deres betydning
Grunnlaget for strukturen til organiske stoffer som utgjør levende materie er molekylenes evne til å danne en bestemt type kjemisk binding. Det kalles kovalent polar og, som oppstår mellom atomene til ikke-metaller, bestemmer de viktigste kjemiske egenskapene til forbindelser. Biokjemi, som studerer sammensetningen av molekylene til stoffer som kommer inn i cellene til planter, sopp, dyr, etablerte deres kjemiske sammensetning. Det viste seg at de i tillegg til nitrogen, karbon, oksygen også inkluderer fosfor. I menneskekroppen forekommer det ikke i fri tilstand, da det er et svært giftig stoff. Derfor, i levende systemer, har elementet form av anioner av meta-, orto- eller pyrofosforsyre, som har evnen til å danne bindinger med metallkationer. I hvilke stoffer i cellen kan de finnes?
Fosfor i komplekse organiske molekyler
Proteiner i skjelettsystemet, hormoner, vitaminer og lipider danner komplekse forbindelser med fosforholdige komplekse ioner. I menneskekroppen er det komplekse forbindelser - fosfolipider og fosfoproteiner, som er en del av molekylene til biologisk aktive stoffer - enzymer og steroider. Kovalente polare bindinger i DNA- og RNA-nukleotider gir dannelse av fosfodiesterbindinger i nukleinsyrekjeder. Hvorfor er det nødvendig med fosfor i menneskekroppen og hva er dets funksjoner i metabolismen? La oss først vurdere dette spørsmålet på mobilnivå i organisasjonen.
Fosfors plass i cellens grunnstoffsammensetning
Ifølge innholdet i cytoplasma og organeller (0,2-1%) er ikke-metall på fjerde plass etter organogene grunnstoffer. De mest mettede med fosforforbindelser er cellene i muskel-skjelettsystemet - osteocytter, stoffet i tannvev - dentin. Innholdet deres er høyt i nevroner og neuroglia, som utgjør nervesystemet. Fosforatomer finnes i membranproteiner, nukleinsyrer og energikrevende stoffer - ATP adenosintrifosforsyre og i redusert form av nikotinamid dinukleotidfosfat - NADP×H2. Som du kan se, finnes fosfor i menneskekroppen i alle vitale strukturer: celler, vev, fysiologiske systemer.
Det er kjent at nivået av homeostase i en celle, som er et åpent biologisk system, avhenger av konsentrasjonen av ulike ioner i hyaloplasma og intercellulær væske. Hva er funksjonen til fosfor for å opprettholde konstansen til det indre miljøet i menneskekroppen?
Buffersystem
På grunn av egenskapen til semipermeabilitet gjennom den ytre membranen, kommer forskjellige stoffer konstant inn i cellen, og en høy konsentrasjon av disse kan påvirke dens vitale aktivitet negativt. For å nøytralisere overskuddet av giftige ioner, inneholder cytoplasmaet, sammen med natrium, kalium, kalsiumkationer, syrerester av karbonat, sulfitt og fosforsyrer. De er i stand til å reagere med et overskudd av ioner som har kommet inn i cellen og kontrollerer konstansen av intracellulært innhold. Buffersystemet, i tillegg til ioner av svake syrer, inkluderer nødvendigvis anionerNRO42- og N2RO4 - som inneholder fosfor. I menneskekroppen, som en del av buffersystemet, sikrer den det fysiologisk normale forløpet av metabolske reaksjoner på cellenivå.
Oksidativ fosforylering
Nedbrytningen av organiske forbindelser i en celle kalles aerob respirasjon. Plasseringen er mitokondriene. Enzymkomplekser er lokalisert på de indre foldene - cristae av organeller. For eksempel inneholder ATP-asesystemet elektronbærermolekyler. Takket være reaksjoner katalysert av enzymer, syntetiseres ATP fra ADP og frie molekyler av fosforsyre - den universelle energisubstansen til celler, som brukes på deres reproduksjon, vekst og bevegelse. Dens dannelse kan representeres som et forenklet reaksjonsskjema: ADP + F=ATP. Da akkumuleres adenosintrifosforsyremolekyler i cytoplasmaet. De tjener som en energikilde for å utføre mekanisk arbeid, for eksempel i muskelsystemet og i plastiske utvekslingsreaksjoner. Fosfor i menneskekroppen spiller derfor en ledende rolle i energimetabolismen.
Fosfodiesterbindinger av arvemolekyler
Et høyt innhold av atomfosfor registreres i cellekjernen, siden grunnstoffet er en del av nukleinsyrer. Oppdaget tilbake på 1800-tallet av den sveitsiske forskeren F. Miescher, de er biopolymerer og består av monomerer - nukleotider. Fosfor tilstedebåde i selve purin- og pyrimidinbasene, og i bindingene som danner RNA-kjedene og DNA-superspolen. Nukleinsyremonomerer er i stand til å danne polymerstrukturer på grunn av fremveksten av kovalente bindinger mellom pentose- og fosforsyrerestene til tilstøtende nukleotider. De kalles fosfodiestere. Ødeleggelsen av DNA- og RNA-molekyler som skjer i menneskelige celler under påvirkning av hard gammastråling eller som et resultat av forgiftning med giftige stoffer skjer på grunn av brudd av fosfodiesterbindinger. Det får celler til å dø.
Biologiske membraner
Strukturer som begrenser det indre innholdet i cellen inneholder også fosfor. I menneskekroppen faller opptil 40 % av tørr kroppsvekt på forbindelser som inneholder fosfolipider og fosfoproteiner. De er hovedkomponentene i membranlaget, som også inneholder stoffer som proteiner og karbohydrater. Et høyt innhold av fosfor er karakteristisk for membranene til nevrocytter og deres prosesser - dendritter og aksoner. Fosfolipider gir membraner plastisitet, og på grunn av tilstedeværelsen av kolesterolmolekyler, også styrke. De spiller også rollen som andre budbringere - signalmolekyler som er aktivatorer av effektorproteiner som er involvert i ledningen av en nerveimpuls.
Byskjoldbruskkjertler og deres rolle i fosformetabolismen
Ligner på erter, ligger på begge fliker av skjoldbruskkjertelen og veier 0,5-0,8 g hver, biskjoldbruskkjertlene skiller ut biskjoldbruskkjertelhormon. Den regulerer utveksling av elementer som f.ekskalsium og fosfor i menneskekroppen. Deres funksjoner er å virke på osteocytter og osteoblaster - celler i skjelettsystemet, som under påvirkning av hormonet begynner å frigjøre s alter av fosforsyre i den ekstracellulære væsken. Med hyperfunksjon av biskjoldbruskkjertlene mister menneskelige bein styrke, mykner og kollapser, fosforinnholdet i dem synker kraftig. På dette tidspunktet øker risikoen for brudd i ryggraden, bekkenbenet og hoftene, som truer livet til pasienten. Samtidig øker mengden kalsium. Dette fører til hyperkalsemi med symptomer på perifer nerveskade og fall i skjelettmuskeltonus. Parathyroidhormon virker også på nyrene, og reduserer reabsorpsjonen av fosfors alter fra primærurinen. En økning i fosfat i vevet i nyrene forårsaker hyperfosfaturi og dannelse av steiner.
Beinmineralsammensetning
Hardheten, styrken og elastisiteten til støttesystemet avhenger av den kjemiske sammensetningen av beinvevsceller. Osteocytter inneholder både organiske forbindelser, som proteinet ossein, og uorganiske stoffer som inneholder kalsium- og magnesiumfosfats alter. Når en person blir eldre, øker mengden mineralkomponenter, som hydroksyapatitter, i osteocytter og osteoblaster. Unormal mineralisering av beinvev, akkumulering av kalsiums alter og overflødig fosfor i menneskekroppen fører til tap av elastisitet og styrke i alle deler av skjelettet, slik at eldre mennesker har større risiko for skader og brudd.
Forvandling av fosforforbindelser i kroppenmenneske
Den største fordøyelseskjertelen i menneskekroppen - leveren - spiller en ledende rolle i metabolismen av fosforholdige stoffer. Parathyroidhormoner og vitamin D påvirker også disse prosessene. Det daglige behovet for elementet for voksne er 1,0-2,0 gram, for barn og ungdom - opptil 2,5 g. Fosfor i form av lett fordøyelige s alter, så vel som i komplekser med proteiner og karbohydrater, kommer inn i menneskekroppen med mat.
Solsikke, gresskar, hampfrø er mettet med det. Det er mye fosfor i animalske produkter i kyllinglever, storfekjøtt, harde oster og fisk. Et overskudd av fosfor i kroppen kan oppstå som et resultat av brudd på reabsorpsjonsfunksjonen til nyrene, feil bruk av vitaminer og mangel på kalsium i maten. Den negative effekten av fosfor på menneskekroppen viser seg først og fremst i skader på det kardiovaskulære systemet, nyrene og beinapparatet og kan indikere alvorlige metabolske forstyrrelser.
