A biokémia a biológia egyik ága, amely mind az egyes sejtek, mind az egész szervezet kémiai összetételét vizsgálja. Ismeretes, hogy a sejtek tartalmának csaknem 98%-a oxigén-, szén-, nitrogén- és hidrogénatomot tartalmaz. Ezeket a kémiai elemeket organogénnek nevezzük. 1,8% esik a káliumra, nátriumra, magnéziumra, klórra, foszforra. Az emberi szervezetben az ásványi sók részét képezik, és egyszerű vagy összetett ionok formájában vannak, biztosítva az anyagcsere-reakciók normális lefolyását. Például az örökletes tulajdonságok átviteléért felelős legfontosabb sejtvegyületek - a nukleinsavak - az ortofoszforsav savmaradékainak anionjait tartalmazzák.
Az ATP molekulákban foszfortartalmú ionok is találhatók, amelyektől a sejtek energiaellátása függ. Ebben a cikkben olyan példákat adunk, amelyek megerősítik a fontosságota foszfor szerepe az emberi szervezetben és hatása az anyagcserére.
Kovalens poláris kötések és jelentésük
Az élőanyagot alkotó szerves anyagok szerkezetének alapja molekuláik azon képessége, hogy bizonyos típusú kémiai kötéseket hozzanak létre. Kovalens polárisnak nevezik, és a nemfémek atomjai között keletkezik, és meghatározza a vegyületek fő kémiai jellemzőit. A biokémia, a növények, gombák, állatok sejtjeibe belépő anyagok molekuláinak összetételét tanulmányozva megállapította azok kémiai összetételét. Kiderült, hogy a nitrogén, a szén és az oxigén mellett foszfort is tartalmaznak. Az emberi szervezetben szabad állapotban nem fordul elő, mivel erősen mérgező anyag. Ezért az élő rendszerekben az elem meta-, orto- vagy pirofoszforsav anionjai, amelyek képesek kötést kialakítani fémkationokkal. A sejt mely anyagaiban találhatók meg?
Foszfor összetett szerves molekulákban
A vázrendszer fehérjéi, hormonok, vitaminok és lipidek komplex vegyületeket képeznek foszfortartalmú komplex ionokkal. Az emberi szervezetben összetett vegyületek - foszfolipidek és foszfoproteinek - találhatók, amelyek a biológiailag aktív anyagok - enzimek és szteroidok - molekuláinak részét képezik. A DNS és RNS nukleotidokban lévő kovalens poláris kötések foszfodiészter kötések kialakulását biztosítják a nukleinsavláncokban. Miért van szükség a foszforra az emberi szervezetben, és milyen funkciói vannak az anyagcserében? Először vizsgáljuk meg ezt a kérdést a szervezet sejtszintjén.
A foszfor helye a sejt elemi összetételében
A citoplazmában és az organellumokban található tartalom (0,2-1%) szerint a nemfém az organogén elemek után a negyedik helyen áll. A foszforvegyületekkel leginkább telítettek az izom-csontrendszer sejtjei - az oszteociták, a fogszövet anyaga - a dentin. Tartalmukban magas az idegrendszert alkotó idegsejtek és neuroglia. A foszforatomok a membránfehérjékben, a nukleinsavakban és az energiaigényes anyagokban - ATP adenozin-trifoszforsavban, valamint a nikotinamid-dinukleotid-foszfát redukált formájában - NADP×H2 találhatók. Mint látható, az emberi szervezetben a foszfor minden létfontosságú struktúrában megtalálható: sejtekben, szövetekben, élettani rendszerekben.
Köztudott, hogy a sejt homeosztázisának szintje, amely egy nyitott biológiai rendszer, a hialoplazmában és a sejtközi folyadékban lévő különféle ionok koncentrációjától függ. Mi a foszfor feladata az emberi test belső környezetének állandóságának fenntartásában?
Pufferrendszer
A külső membránon keresztüli félig áteresztő tulajdonsága miatt folyamatosan különböző anyagok jutnak be a sejtbe, amelyek nagy koncentrációja károsan befolyásolhatja annak élettevékenységét. A toxikus ionok feleslegének semlegesítésére a citoplazma a nátrium-, kálium-, kalcium-kationokkal együtt karbonát-, szulfit- és foszforsavak savas maradékait tartalmazza. Képesek reagálni a sejtbe bejutott ionok feleslegével, és szabályozzák az intracelluláris tartalom állandóságát. A pufferrendszer a gyenge savak ionjain kívül szükségszerűen tartalmaz anionokatNRO42- és N2RO4 -, amely foszfort tartalmaz. Az emberi szervezetben a pufferrendszer részeként sejtszinten biztosítja a metabolikus reakciók élettanilag normális lefolyását.
Oxidatív foszforiláció
A szerves vegyületek sejtben történő lebontását aerob légzésnek nevezzük. Helyszíne a mitokondrium. Az enzimkomplexek a belső redőkön - az organellumok cristaein - helyezkednek el. Például az ATP-áz rendszer elektronhordozó molekulákat tartalmaz. Az enzimek által katalizált reakcióknak köszönhetően az ATP-t az ADP-ből és a foszforsav szabad molekuláiból szintetizálják - a sejtek univerzális energiaanyaga, amelyet szaporodásukra, növekedésükre és mozgásukra fordítanak. Kialakulása leegyszerűsített reakciósémaként ábrázolható: ADP + F=ATP. Ezután az adenozin-trifoszforsav molekulák felhalmozódnak a citoplazmában. Energiaforrásként szolgálnak mechanikai munka elvégzéséhez, például az izomrendszerben és a képlékeny cserereakciókban. Következésképpen az emberi szervezetben lévő foszfor vezető szerepet játszik az energia-anyagcserében.
öröklődési molekulák foszfodiészter kötései
A sejtmagban magas az atomfoszfor tartalma, mivel az elem a nukleinsavak része. F. Miescher svájci tudós fedezte fel a 19. században, ezek biopolimerek és monomerekből – nukleotidokból – állnak. Foszfor jelen vanmind magukban a purin- és pirimidinbázisokban, mind az RNS-láncokat és a DNS-szupertekercset alkotó kötésekben. A nukleinsav monomerek a szomszédos nukleotidok pentóz- és foszforsavmaradékai közötti kovalens kötések miatt képesek polimer szerkezetek kialakítására. Ezeket foszfodiésztereknek nevezik. Az emberi sejtekben a kemény gamma-sugárzás hatására vagy mérgező anyagokkal való mérgezés következtében fellépő DNS- és RNS-molekulák pusztulása a foszfodiészter kötések felszakadása miatt következik be. A sejtek elpusztulását okozza.
Biológiai membránok
A sejt belső tartalmát korlátozó struktúrák foszfort is tartalmaznak. Az emberi szervezetben a száraz testtömeg akár 40%-a foszfolipideket és foszfoproteineket tartalmazó vegyületekre esik. Ezek a membránréteg fő összetevői, amelyek olyan anyagokat is tartalmaznak, mint a fehérjék és a szénhidrátok. A magas foszfortartalom jellemző a neurociták membránjára és folyamataira - dendritekre és axonokra. A foszfolipidek plaszticitást adnak a membránoknak, és a koleszterinmolekulák jelenléte miatt szilárdságot is adnak. Másodlagos hírvivők szerepét is betöltik – jelzőmolekulák, amelyek az idegimpulzus vezetésében részt vevő effektor fehérjék aktivátorai.
A mellékpajzsmirigyek és szerepük a foszforanyagcserében
A borsóra emlékeztető, a pajzsmirigy mindkét lebenyén fekvő, egyenként 0,5-0,8 g tömegű mellékpajzsmirigyek mellékpajzsmirigy hormont választanak ki. Szabályozza az olyan elemek cseréjét, mint plkalcium és foszfor az emberi szervezetben. Feladatuk az oszteocitákra és az oszteoblasztokra - a csontrendszer sejtjeire - hatni, amelyek a hormon hatására elkezdik felszabadítani a foszforsav sóit az extracelluláris folyadékba. A mellékpajzsmirigyek túlműködésével az emberi csontok elveszítik erejét, meglágyulnak és összeesnek, a foszfortartalom meredeken csökken. Ekkor megnő a gerinc, a medencecsontok és a csípőtörések kockázata, amelyek veszélyeztetik a beteg életét. Ugyanakkor a kalcium mennyisége nő. Ez hiperkalcémiához vezet perifériás idegkárosodás tüneteivel és a vázizomzat tónusának csökkenésével. A mellékpajzsmirigy hormon a vesére is hat, csökkentve a foszforsók visszaszívódását az elsődleges vizeletből. A veseszövetekben megnövekedett foszfáttartalom hiperfoszfaturiát és kövek képződését okozza.
Csont ásványi összetétele
A tartórendszer keménysége, szilárdsága és rugalmassága a csontszövet sejtjeinek kémiai összetételétől függ. Az oszteociták szerves vegyületeket, például osszein fehérjét és kalcium- és magnézium-foszfát sókat tartalmazó szervetlen anyagokat egyaránt tartalmaznak. Az életkor előrehaladtával az ásványi összetevők, például a hidroxiapatitok mennyisége nő az oszteocitákban és az oszteoblasztokban. A csontszövet abnormális mineralizációja, a kalcium-sók és a felesleges foszfor felhalmozódása az emberi szervezetben a csontváz minden részének rugalmasságának és szilárdságának elvesztéséhez vezet, így az idősebb emberek nagyobb valószínűséggel vannak kitéve a sérülések és a törések kockázatának.
A foszforvegyületek átalakulása a szervezetbenember
Az emberi szervezet legnagyobb emésztőmirigye - a máj - vezető szerepet játszik a foszfortartalmú anyagok anyagcseréjében. A mellékpajzsmirigyhormonok és a D-vitamin szintén befolyásolják ezeket a folyamatokat. Az elem napi szükséglete felnőtteknél 1,0-2,0 gramm, gyermekeknél és serdülőknél - legfeljebb 2,5 g. A foszfor könnyen emészthető sók formájában, valamint fehérjékkel és szénhidrátokkal alkotott komplexekben táplálékkal kerül az emberi szervezetbe.
A napraforgó, tök, kendermag telítve van vele. Sok foszfor található az állati eredetű termékekben a csirkemájban, a marhahúsban, a kemény sajtokban és a halban. A szervezetben feleslegben lévő foszfor előfordulhat a vesék reabszorpciós funkciójának megsértése, a vitaminok nem megfelelő használata és a kalcium hiánya miatt. A foszfor emberi szervezetre gyakorolt negatív hatása elsősorban a szív- és érrendszer, a vesék és a csontrendszer károsodásában nyilvánul meg, és súlyos anyagcserezavarokra utalhat.
