Biokemija je grana biologije koja proučava kemijski sastav i pojedinačnih stanica i cijelog organizma. Poznato je da gotovo 98% staničnog sadržaja uključuje atome kisika, ugljika, dušika i vodika. Ti se kemijski elementi nazivaju organogeni. 1,8% otpada na kalij, natrij, magnezij, klor, fosfor. U ljudskom tijelu, oni su dio mineralnih soli i imaju oblik jednostavnih ili složenih iona, osiguravajući normalan tijek metaboličkih reakcija. Na primjer, najvažniji stanični spojevi odgovorni za prijenos nasljednih osobina - nukleinske kiseline - sadrže anione kiselih ostataka ortofosforne kiseline.
Ioni koji sadrže fosfor također su uključeni u ATP molekule, o kojima ovisi opskrba stanica energijom. U ovom članku dat ćemo primjere koji potvrđuju važnouloga fosfora u ljudskom tijelu i njegov utjecaj na metabolizam.
Kovalentne polarne veze i njihovo značenje
Osnova strukture organskih tvari koje čine živu tvar je sposobnost njihovih molekula da formiraju određenu vrstu kemijske veze. Naziva se kovalentnim polarnim i, nastaje između atoma nemetala, određuje glavne kemijske karakteristike spojeva. Biokemija, proučavajući sastav molekula tvari koje ulaze u stanice biljaka, gljiva, životinja, utvrdila je njihov kemijski sastav. Pokazalo se da, osim dušika, ugljika, kisika, oni uključuju i fosfor. U ljudskom tijelu se ne pojavljuje u slobodnom stanju, jer je vrlo otrovna tvar. Stoga u živim sustavima element ima oblik aniona meta-, orto- ili pirofosforne kiseline, koji imaju sposobnost stvaranja veza s metalnim kationima. U kojim se tvarima stanice mogu naći?
Fosfor u složenim organskim molekulama
Proteini koštanog sustava, hormoni, vitamini i lipidi tvore složene spojeve s kompleksnim ionima koji sadrže fosfor. U ljudskom tijelu postoje složeni spojevi - fosfolipidi i fosfoproteini, koji su dio molekula biološki aktivnih tvari - enzima i steroida. Kovalentne polarne veze u nukleotidima DNA i RNA osiguravaju stvaranje fosfodiesterskih veza u lancima nukleinskih kiselina. Zašto je fosfor potreban ljudskom tijelu i koje su njegove funkcije u metabolizmu? Prvo razmotrimo ovo pitanje na staničnoj razini organizacije.
Mjesto fosfora u elementarnom sastavu ćelije
Prema sadržaju u citoplazmi i organelama (0,2-1%), nemetal je na četvrtom mjestu nakon organogenih elemenata. Najzasićenije spojevima fosfora su stanice mišićno-koštanog sustava - osteociti, tvar zubnog tkiva - dentin. Njihov sadržaj je visok u neuronima i neuroglijama, koji čine živčani sustav. Atomi fosfora nalaze se u membranskim proteinima, nukleinskim kiselinama i energetski intenzivnim tvarima - ATP adenozin trifosfornoj kiselini i u reduciranom obliku nikotinamid dinukleotid fosfata - NADP×H2. Kao što možete vidjeti, u ljudskom tijelu, fosfor se nalazi u svim vitalnim strukturama: stanicama, tkivima, fiziološkim sustavima.
Poznato je da razina homeostaze stanice, koja je otvoreni biološki sustav, ovisi o koncentraciji različitih iona u hijaloplazmi i međustaničnoj tekućini. Koja je funkcija fosfora u održavanju postojanosti unutarnjeg okoliša ljudskog tijela?
Sustav međuspremnika
Zbog svojstva polupropusnosti kroz vanjsku membranu, u stanicu neprestano ulaze razne tvari čija visoka koncentracija može negativno utjecati na njezinu vitalnu aktivnost. Za neutralizaciju viška toksičnih iona, citoplazma, zajedno s natrijevim, kalijevim, kalcijevim kationima, sadrži kisele ostatke karbonatnih, sulfitnih i fosfornih kiselina. Oni su u stanju reagirati s viškom iona koji su ušli u stanicu i kontrolirati postojanost unutarstaničnog sadržaja. Puferski sustav, osim iona slabih kiselina, nužno uključuje i anioneNRO42- i N2RO4 - koji sadrži fosfor. U ljudskom tijelu, kao dio puferskog sustava, osigurava fiziološki normalan tijek metaboličkih reakcija na staničnoj razini.
Oksidativna fosforilacija
Razgradnja organskih spojeva u stanici naziva se aerobno disanje. Njegovo mjesto su mitohondriji. Enzimski kompleksi nalaze se na unutarnjim naborima - kristama organela. Na primjer, sustav ATP-ase sadrži molekule nosača elektrona. Zahvaljujući reakcijama koje kataliziraju enzimi, ATP se sintetizira iz ADP-a i slobodnih molekula fosforne kiseline – univerzalne energetske tvari stanica, koja se troši na njihovu reprodukciju, rast i kretanje. Njegovo stvaranje može se predstaviti kao pojednostavljena shema reakcije: ADP + F=ATP. Tada se molekule adenozin trifosforne kiseline nakupljaju u citoplazmi. Oni služe kao izvor energije za obavljanje mehaničkog rada, na primjer, u mišićnom sustavu i u reakcijama plastične izmjene. Posljedično, fosfor u ljudskom tijelu igra vodeću ulogu u energetskom metabolizmu.
fosfodiesterske veze nasljednih molekula
U staničnoj jezgri bilježi se visok sadržaj atomskog fosfora, budući da je element dio nukleinskih kiselina. Otkrio ih je još u 19. stoljeću švicarski znanstvenik F. Miescher, oni su biopolimeri i sastoje se od monomera – nukleotida. Prisutan fosforkako u samim purinskim i pirimidinskim bazama, tako i u vezama koje tvore RNA lance i DNA superzavojnicu. Monomeri nukleinske kiseline sposobni su tvoriti polimerne strukture zbog pojave kovalentnih veza između pentoze i ostataka fosforne kiseline susjednih nukleotida. Zovu se fosfodiesteri. Uništenje molekula DNA i RNA koje se događa u ljudskim stanicama pod utjecajem tvrdog gama zračenja ili kao posljedica trovanja otrovnim tvarima nastaje zbog raskidanja fosfodiesterskih veza. To uzrokuje umiranje stanica.
Biološke membrane
Strukture koje ograničavaju unutarnji sadržaj ćelije također sadrže fosfor. U ljudskom tijelu do 40% suhe tjelesne težine otpada na spojeve koji sadrže fosfolipide i fosfoproteine. Oni su glavne komponente membranskog sloja, koji također sadrži tvari poput proteina i ugljikohidrata. Visok sadržaj fosfora karakterističan je za membrane neurocita i njihove procese - dendrite i aksone. Fosfolipidi daju membranama plastičnost, a zbog prisutnosti molekula kolesterola i čvrstoću. Oni također igraju ulogu sekundarnih glasnika - signalnih molekula koje su aktivatori efektorskih proteina uključenih u provođenje živčanog impulsa.
Paratireoidne žlijezde i njihova uloga u metabolizmu fosfora
Sliči na grašak, leže na oba režnja štitnjače i teže 0,5-0,8 g svaki, paratireoidne žlijezde luče paratireoidni hormon. Regulira razmjenu elemenata kao nprkalcija i fosfora u ljudskom tijelu. Njihove funkcije su djelovanje na osteocite i osteoblaste – stanice koštanog sustava, koje pod utjecajem hormona počinju oslobađati soli fosforne kiseline u izvanstaničnu tekućinu. S hiperfunkcijom paratireoidnih žlijezda, ljudske kosti gube snagu, omekšaju i kolabiraju, sadržaj fosfora u njima naglo pada. U ovom trenutku povećava se rizik od prijeloma kralježnice, zdjeličnih kostiju i kukova, koji prijete životu pacijenta. Istodobno se povećava količina kalcija. To dovodi do hiperkalcemije sa simptomima oštećenja perifernih živaca i padom tonusa skeletnih mišića. Paratiroidni hormon također djeluje na bubrege, smanjujući reapsorpciju fosfornih soli iz primarnog urina. Povećanje fosfata u tkivima bubrega uzrokuje hiperfosfaturiju i stvaranje kamenaca.
Mineralni sastav kosti
Tvrdoća, čvrstoća i elastičnost potpornog sustava ovise o kemijskom sastavu stanica koštanog tkiva. Osteociti sadrže i organske spojeve, kao što je protein osein, i anorganske tvari koje sadrže kalcijeve i magnezijeve fosfatne soli. Kako osoba stari, količina mineralnih komponenti, poput hidroksiapatita, u osteocitima i osteoblastima raste. Abnormalna mineralizacija koštanog tkiva, nakupljanje kalcijevih soli i viška fosfora u ljudskom tijelu dovode do gubitka elastičnosti i čvrstoće svih dijelova kostura, pa je veća vjerojatnost da su stariji ljudi izloženi riziku od ozljeda i prijeloma.
Transformacija fosfornih spojeva u tijelučovjek
Najveća probavna žlijezda u ljudskom tijelu - jetra - igra vodeću ulogu u metabolizmu tvari koje sadrže fosfor. Paratiroidni hormoni i vitamin D također utječu na ove procese. Dnevna potreba elementa za odrasle je 1,0-2,0 grama, za djecu i adolescente - do 2,5 g. Fosfor u obliku lako probavljivih soli, kao iu kompleksima s proteinima i ugljikohidratima, ulazi u ljudsko tijelo s hranom.
Njime su zasićene sjemenke suncokreta, bundeve, konoplje. Mnogo je fosfora u životinjskim proizvodima u pilećoj jetri, govedini, tvrdim sirevima i ribi. Višak fosfora u tijelu može nastati kao posljedica kršenja funkcije reapsorpcije bubrega, nepravilne uporabe vitamina i nedostatka kalcija u hrani. Negativan učinak fosfora na ljudski organizam očituje se prvenstveno u oštećenju kardiovaskularnog sustava, bubrega i koštanog aparata i može ukazivati na ozbiljne metaboličke poremećaje.
