Biokemi er en gren af biologien, der studerer den kemiske sammensætning af både individuelle celler og hele organismen. Det er kendt, at næsten 98% af celleindholdet omfatter oxygen-, kulstof-, nitrogen- og brintatomer. Disse kemiske grundstoffer kaldes organogene. 1,8% falder på kalium, natrium, magnesium, klor, fosfor. I den menneskelige krop er de en del af minerals alte og har form af simple eller komplekse ioner, hvilket sikrer det normale forløb af metaboliske reaktioner. For eksempel indeholder de vigtigste celleforbindelser, der er ansvarlige for overførslen af arvelige egenskaber - nukleinsyrer - anioner af syrerester af orthophosphorsyre.
Fosforholdige ioner er også inkluderet i ATP-molekyler, som tilførslen af celler med energi afhænger af. I denne artikel vil vi give eksempler, der bekræfter det vigtigefosfors rolle i menneskekroppen og dets virkning på stofskiftet.
Kovalente polære bindinger og deres betydning
Grundlaget for strukturen af organiske stoffer, der udgør levende stof, er deres molekylers evne til at danne en bestemt type kemisk binding. Det kaldes kovalent polært og, der opstår mellem atomer af ikke-metaller, bestemmer de vigtigste kemiske egenskaber ved forbindelser. Biokemi, der studerer sammensætningen af molekylerne af stoffer, der kommer ind i cellerne i planter, svampe, dyr, etablerede deres kemiske sammensætning. Det viste sig, at de udover nitrogen, kulstof, ilt også inkluderer fosfor. I den menneskelige krop forekommer det ikke i fri tilstand, da det er et meget giftigt stof. Derfor har grundstoffet i levende systemer form af anioner af meta-, ortho- eller pyrophosphorsyre, som har evnen til at danne bindinger med metalkationer. I hvilke stoffer i cellen kan de findes?
Fosfor i komplekse organiske molekyler
Proteiner i skeletsystemet, hormoner, vitaminer og lipider danner komplekse forbindelser med phosphorholdige komplekse ioner. I den menneskelige krop er der komplekse forbindelser - phospholipider og phosphoproteiner, som er en del af molekylerne af biologisk aktive stoffer - enzymer og steroider. Kovalente polære bindinger i DNA- og RNA-nukleotider giver dannelsen af phosphodiesterbindinger i nukleinsyrekæder. Hvorfor er der behov for fosfor i menneskekroppen, og hvad er dets funktioner i stofskiftet? Lad os først overveje dette spørgsmål på mobilniveau i organisationen.
Fosfors plads i cellens grundstofsammensætning
Ifølge indholdet i cytoplasma og organeller (0,2-1%) er ikke-metal på fjerdepladsen efter organogene grundstoffer. De mest mættede med fosforforbindelser er cellerne i muskuloskeletalsystemet - osteocytter, stoffet i tandvæv - dentin. Deres indhold er højt i neuroner og neuroglia, som udgør nervesystemet. Fosforatomer findes i membranproteiner, nukleinsyrer og energikrævende stoffer - ATP adenosin triphosphorsyre og i den reducerede form af nikotinamid dinukleotid fosfat - NADP×H2. Som du kan se, findes fosfor i den menneskelige krop i alle vitale strukturer: celler, væv, fysiologiske systemer.
Det er kendt, at niveauet af homeostase i en celle, som er et åbent biologisk system, afhænger af koncentrationen af forskellige ioner i hyaloplasmaet og den intercellulære væske. Hvilken funktion har fosfor til at opretholde konstantheden af det indre miljø i den menneskelige krop?
Buffersystem
På grund af egenskaben til semipermeabilitet gennem den ydre membran kommer der konstant forskellige stoffer ind i cellen, hvis høje koncentration kan påvirke dens vitale aktivitet negativt. For at neutralisere overskuddet af giftige ioner indeholder cytoplasmaet sammen med natrium-, kalium-, calciumkationer syrerester af carbonat-, sulfit- og phosphorsyrer. De er i stand til at reagere med et overskud af ioner, der er trængt ind i cellen og kontrollerer konstanten af intracellulært indhold. Buffersystemet inkluderer, foruden ioner af svage syrer, nødvendigvis anionerNRO42- og N2RO4 - indeholdende fosfor. I den menneskelige krop, som en del af buffersystemet, sikrer det det fysiologisk normale forløb af metaboliske reaktioner på celleniveau.
Oxidativ phosphorylering
Nedbrydningen af organiske forbindelser i en celle kaldes aerob respiration. Dens placering er mitokondrierne. Enzymkomplekser er placeret på de indre folder - organellernes cristae. For eksempel indeholder ATP-asesystemet elektronbærermolekyler. Takket være reaktioner katalyseret af enzymer syntetiseres ATP fra ADP og frie molekyler af fosforsyre - cellernes universelle energistof, som bruges på deres reproduktion, vækst og bevægelse. Dens dannelse kan repræsenteres som et forenklet reaktionsskema: ADP + F=ATP. Derefter ophobes adenosintriphosphorsyremolekyler i cytoplasmaet. De tjener som en energikilde til at udføre mekanisk arbejde, for eksempel i muskelsystemet og i plastiske udvekslingsreaktioner. Fosfor i den menneskelige krop spiller derfor en ledende rolle i energimetabolismen.
Phosphodiester-bindinger af arvelige molekyler
Et højt indhold af atomisk fosfor registreres i cellekernen, da grundstoffet er en del af nukleinsyrer. Opdaget tilbage i det 19. århundrede af den schweiziske videnskabsmand F. Miescher, de er biopolymerer og består af monomerer - nukleotider. Fosfor til stedebåde i selve purin- og pyrimidinbaserne og i de bindinger, der danner RNA-kæderne og DNA-superspolen. Nukleinsyremonomerer er i stand til at danne polymerstrukturer på grund af fremkomsten af kovalente bindinger mellem pentose- og phosphorsyreresterne af tilstødende nukleotider. De kaldes fosfodiestere. Ødelæggelsen af DNA- og RNA-molekyler, der sker i menneskelige celler under påvirkning af hård gammastråling eller som følge af forgiftning med giftige stoffer, sker på grund af brud af fosfodiesterbindinger. Det får celler til at dø.
Biologiske membraner
Strukturer, der begrænser cellens indre indhold, indeholder også fosfor. I den menneskelige krop falder op til 40% af tør kropsvægt på forbindelser, der indeholder fosfolipider og fosfoproteiner. De er hovedkomponenterne i membranlaget, som også indeholder stoffer som proteiner og kulhydrater. Et højt indhold af fosfor er karakteristisk for neurocytters membraner og deres processer - dendritter og axoner. Fosfolipider giver membraner plasticitet, og på grund af tilstedeværelsen af kolesterolmolekyler også styrke. De spiller også rollen som sekundære budbringere - signalmolekyler, der er aktivatorer af effektorproteiner involveret i ledningen af en nerveimpuls.
Byskjoldbruskkirtler og deres rolle i fosformetabolismen
Biskjoldbruskkirtlerne, der ligner ærter, ligger på begge lapper af skjoldbruskkirtlen og vejer 0,5-0,8 g hver, udskiller parathyreoideahormon. Det regulerer udvekslingen af elementer som f.ekscalcium og fosfor i menneskekroppen. Deres funktioner er at virke på osteocytter og osteoblaster - celler i skeletsystemet, som under påvirkning af hormonet begynder at frigive s alte af fosforsyre til den ekstracellulære væske. Med hyperfunktion af parathyroidkirtlerne mister menneskelige knogler styrke, blødgøres og kollapser, fosforindholdet i dem falder kraftigt. På dette tidspunkt øges risikoen for brud på rygsøjlen, bækkenben og hofter, som truer patientens liv. Samtidig stiger mængden af calcium. Dette fører til hypercalcæmi med symptomer på perifer nerveskade og et fald i skeletmuskeltonus. Parathyreoideahormon virker også på nyrerne og reducerer reabsorptionen af fosfors alte fra den primære urin. En stigning i fosfat i nyrernes væv forårsager hyperphosphaturi og dannelse af sten.
Knoglemineralsammensætning
Hårdheden, styrken og elasticiteten af støttesystemet afhænger af den kemiske sammensætning af knoglevævsceller. Osteocytter indeholder både organiske forbindelser, såsom proteinet ossein, og uorganiske stoffer indeholdende calcium- og magnesiumphosphats alte. Efterhånden som en person bliver ældre, stiger mængden af mineralske komponenter, såsom hydroxyapatitter, i osteocytter og osteoblaster. Unormal mineralisering af knoglevæv, ophobning af calciums alte og overskydende fosfor i den menneskelige krop fører til tab af elasticitet og styrke af alle dele af skelettet, så ældre mennesker er mere tilbøjelige til at være i risiko for skader og brud.
Omdannelse af fosforforbindelser i kroppenmenneske
Den største fordøjelseskirtel i menneskekroppen - leveren - spiller en ledende rolle i omsætningen af fosforholdige stoffer. Parathyreoideahormoner og D-vitamin påvirker også disse processer. Det daglige behov for elementet for voksne er 1,0-2,0 gram, for børn og unge - op til 2,5 g. Fosfor i form af letfordøjelige s alte, såvel som i komplekser med proteiner og kulhydrater, kommer ind i menneskekroppen med mad.
Solsikke, græskar, hampefrø er mættede med det. Der er meget fosfor i animalske produkter i kyllingelever, oksekød, hårde oste og fisk. Et overskud af fosfor i kroppen kan opstå som følge af en krænkelse af nyrernes reabsorptionsfunktion, forkert brug af vitaminer og mangel på calcium i maden. Den negative virkning af fosfor på den menneskelige krop kommer primært til udtryk i skader på det kardiovaskulære system, nyrer og knogleapparat og kan indikere alvorlige stofskifteforstyrrelser.
