Фосфор в човешкото тяло: значение, влияние

Биохимията е отрасъл на биологията, който изследва химичния състав както на отделните клетки, така и на целия организъм като цяло. Известно е, че почти 98% от клетъчното съдържание включва атоми на кислород, въглерод, азот и водород. Тези химични елементи се наричат ​​органогенни. 1,8% пада върху калий, натрий, магнезий, хлор, фосфор. В човешкото тяло те са част от минералните соли и имат появата на прости или комплексни йони, осигуряващи нормалния ход на метаболитните реакции. Например, най-важните клетъчни съединения, отговорни за предаването на наследствени черти - нуклеинови киселини - съдържат остатъци от анионна киселина на ортофосфорна киселина.

Молекулите на АТР, на които се използва осигуряване на клетки с енергия, също включват фосфор-съдържащи йони. В тази статия ще дадем примери, които потвърждават важната роля на фосфора в човешкото тяло и неговия ефект върху метаболизма.

Ковалентни полярни връзки и тяхното значение

Структурата на органичните вещества, които съставляват живото вещество, се основава на способността на техните молекули да образуват определен тип химическа връзка. Нарича се ковалентна полярна и възникваща между неметалните атоми, причинява основните химически характеристики на съединенията. Биохимията, изучаваща състава на молекулите на вещества, влизащи в растителни клетки, гъбички и животни, установява техния химичен състав. Оказа се, че в допълнение към азота, въглерода, кислорода, те включват фосфор. В човешкото тяло тя не се среща в свободно състояние, тъй като е силно токсично вещество. Следователно, в живите системи елементът има формата на аниони на мета-, орто- или пирофосфорна киселина, които имат способността да образуват връзки с метални катиони. В какви вещества от една клетка могат да се срещнат?

Фосфор в сложни органични молекули

протеини костна система, Хормоните, витамините и липидите образуват комплексни съединения с комплексни йони, съдържащи фосфор. В човешкото тяло има сложни съединения - фосфолипиди и фосфопротеини, които са част от молекулите на биологично активните вещества - ензими и стероиди. Ковалентните полярни връзки в нуклеотидите на ДНК и РНК осигуряват образуването на фосфодиестерни връзки в веригите на нуклеиновата киселина. Защо се нуждаем от фосфор в човешкото тяло и какви са неговите функции в метаболизма? Първо, помислете за този проблем на клетъчното ниво на организацията.

Мястото на фосфора в елементарния състав на клетката

Според съдържанието в цитоплазмата и органелите (0.2-1%), неметални е на четвърто място след органогенни елементи. Най наситен локомоторната фосфорни съединения клетки - остеоцити, дентална тъкан вещество - дентина. Съдържанието им в невроните и невроглиите, от които се състои нервната система, е страхотно. фосфорни атоми, съдържащи се в мембранните протеини, нуклеинови киселини и енергийни вещества - аденозин трифосфат АТР и редуцирана форма nikotinamiddinukleotidfosfata - NADP х H₂. Както виждаме, в човешкото тяло фосфорът се съдържа във всички жизнено важни структури: клетки, тъкани и физиологични системи.

Известно е, че нивото на хомеостаза на клетка, която е отворена биологична система, зависи от концентрацията на различни йони в хиалоплазмата и междуклетъчната течност. Каква е функцията на фосфора в поддържането на постоянството на вътрешната среда на човешкото тяло?

Буферна система

Поради свойството на полупропускливост през външната мембрана, постоянно влизат в клетките различни вещества, чиято висока концентрация може неблагоприятно да повлияе на жизнената му активност. За да неутрализира излишъка от токсични йони, цитоплазмата, заедно с катионите на натрий, калий, калций, съдържа киселинни остатъци от карбонат, сулфит и фосфорни киселини. Те са в състояние да реагират с излишък от йони, захванати в клетката и да наблюдават постоянството на вътреклетъчното съдържание. Буферната система, в допълнение към слабо киселинните йони, задължително включва анионите на NRO₄^2- и H₂RO₄^-, съдържащи фосфор. В човешкото тяло, като част от буферната система, осигурява физиологично нормален курс на метаболитни реакции на клетъчно ниво.

Оксидативно фосфорилиране

Разцепването на органичните съединения в клетката се нарича аеробно дишане. Мястото на стопанството му е митохондриите. На вътрешните гънки - кристалите на органелите - се намират ензимните комплекси. Например, системата ATP-as съдържа молекули на електронен транспорт. Благодарение на реакциите, катализирани от ензимите, АТР, универсална енергийна субстанция на клетките, консумирана за тяхното размножаване, растеж, движение, се синтезира от ADP и свободни молекули на фосфорната киселина. Образуването му може да бъде представено под формата на опростена реакционна схема: ADP + Φ = ATP. Тогава молекулите аденозин трифосфорна киселина се натрупват в цитоплазмата. Те служат като източник на енергия за извършване на механична работа, например в мускулната система и в реакциите на пластичния метаболизъм. Следователно фосфорът в човешкото тяло играе водеща роля в процесите на обмен на енергия.

Фосфодиестерни връзки на молекулите на наследствеността

В клетъчното ядро ​​се записва високо съдържание на атомен фосфор, тъй като елементът е част от нуклеиновите киселини. Открити през 19-ти век от швейцарския учен F. Micheler, те са биополимери и се състоят от мономери - нуклеотиди. Фосфорът присъства както в самите пуринови и пиримидинови бази, така и в връзките, които образуват РНК вериги и супервисока ДНК. мономери нуклеиновите киселини са способни да образуват полимерни структури, дължащи се на появата на ковалентни връзки между остатъци от пентоза и фосфорна киселина чрез редица лежащи нуклеотиди. Те се наричат ​​фосфодиестер. Унищожаването на молекулите на ДНК и РНК, които се появяват в човешките клетки под влияние на твърдо гама излъчване или отравяне с токсични вещества, се дължи на разкъсването на фосфодиестерните връзки. Тя води клетките до смърт.

Биологични мембрани

Структурите, които ограничават вътрешното съдържание на клетката, също имат фосфор в техния състав. В човешкото тяло до 40% от сухото телесно тегло се открива в съединения, съдържащи фосфолипиди и фосфопротеини. Те са основните компоненти на мембранния слой, в който има и вещества като протеини и въглехидрати. Високото съдържание на фосфор е характерно за пликовете на невроцитите и техните процеси - дендрити и аксони. Фосфолипидите придават пластичност на мембраните, а поради наличието на молекули на холестерола, има и сила. Те също играят ролята на вторични медиатори - сигнализиращи молекули, които са активатори на ефекторни протеини, участващи в провеждането на нервен импулс.

Паратироидните жлези и тяхната роля във фосфорния метаболизъм

Подобно на граховото зърно, разположено от двете страни на щитовидната жлеза и имащо тегло от по 0,5-0,8 g, паращитовидни жлези секретират паратиреоидния хормон. Регламентира обмена на елементи като калций и фосфор в човешкото тяло. Функциите са в техните ефекти върху остеобластите и остеоцити - костни клетки, които са повлияни от хормон започват да се отделят сол на фосфорна киселина в извънклетъчната течност. При хиперфункция на паращитови жлези, човешките кости губят сила, омекват и разграждат, съдържанието на фосфор в тях рязко пада. По това време има по-висок риск от фрактури в гръбначния стълб, тазова кост и тазобедрената става, което застрашава живота на пациента. Същевременно количеството калций се увеличава. Това води до хиперкалцемия със симптоми на увреждане на периферните нерви и намаляване на тона на скелетните мускули. Паратироидният хормон действа върху бъбреците, намалявайки ре-абсорбцията на фосфорни соли от първичната урина. Увеличаването на съдържанието на фосфати в бъбречните тъкани води до хиперфосфатурия и образуване на камъни.

Минерален състав на костната тъкан

Твърдостта, якостта и еластичността на носещата система зависи от химичния състав на клетките на костната тъкан. Остеоцитите съдържат както органични съединения, например протеин осеин, така и неорганични вещества, съдържащи фосфатни соли на калций и магнезий. С възрастта при хора количеството минерални компоненти, като хидроксилапатити, се увеличава в остеоцитите и остеобластите. Ненормално минерализацията на костите, натрупването на калциеви соли и излишък на фосфор в организма води до загуба на еластичност и здравина на скелета, така че възрастните хора често са изложени на риск от наранявания и фрактури.

Преобразуване на фосфорните съединения в човешкото тяло

Най-голямата храносмилателна жлеза в човешкото тяло - черният дроб - играе водеща роля в обменните реакции на съдържащи фосфор вещества. Хормони на паращитовидната жлеза и витамин D също засягат тези процеси. Дневната изискването за възрастен елемент е 1,0-2, 0 грама, за деца и юноши - 2,5 Фосфор под формата на лесно смилаеми соли, както и в комплекси с протеини и въглехидрати в човешкото тяло идва от храна.

Наситени семена от слънчоглед, тиква, коноп. В продуктите от животински произход фосфорът е богат на пилешки черен дроб, говеждо месо, сортове твърдо сирене, риба. Излишъкът от фосфор в организма може да възникне поради нарушение на функцията за ре-абсорбиране на бъбреците, неправилното използване на витамини, липсата на калций в храната. Негативният ефект на фосфора върху човешкото тяло се проявява главно в поражение на сърдечно-съдовата система, бъбреците и костния апарат и може да показва сериозни метаболитни нарушения.