Biokemija je veja biologije, ki proučuje kemično sestavo tako posameznih celic kot celotnega organizma. Znano je, da skoraj 98 % celične vsebine vključuje atome kisika, ogljika, dušika in vodika. Te kemične elemente imenujemo organogeni. 1,8% odpade na kalij, natrij, magnezij, klor, fosfor. V človeškem telesu so del mineralnih soli in imajo obliko preprostih ali kompleksnih ionov, ki zagotavljajo normalen potek presnovnih reakcij. Na primer, najpomembnejše celične spojine, ki so odgovorne za prenos dednih lastnosti - nukleinske kisline - vsebujejo anione kislinskih ostankov ortofosforne kisline.
V molekule ATP so vključeni tudi ioni, ki vsebujejo fosfor, od katerih je odvisna oskrba celic z energijo. V tem članku bomo podali primere, ki potrjujejo pomembnovloga fosforja v človeškem telesu in njegov vpliv na presnovo.
Kovalentne polarne vezi in njihov pomen
Osnova strukture organskih snovi, ki sestavljajo živo snov, je sposobnost njihovih molekul, da tvorijo določeno vrsto kemične vezi. Imenuje se kovalentna polarna in, ki nastane med atomi nekovin, določa glavne kemijske značilnosti spojin. Biokemija, ki je preučevala sestavo molekul snovi, ki vstopajo v celice rastlin, gliv, živali, je ugotovila njihovo kemično sestavo. Izkazalo se je, da poleg dušika, ogljika, kisika vključujejo tudi fosfor. V človeškem telesu se ne pojavlja v prostem stanju, saj je zelo strupena snov. Zato ima element v živih sistemih obliko anionov meta-, orto- ali pirofosforne kisline, ki imajo sposobnost tvorjenja vezi s kovinskimi kationi. V katerih snoveh celice jih lahko najdemo?
fosfor v kompleksnih organskih molekulah
Beljakovine skeletnega sistema, hormoni, vitamini in lipidi tvorijo kompleksne spojine s kompleksnimi ioni, ki vsebujejo fosfor. V človeškem telesu so kompleksne spojine - fosfolipidi in fosfoproteini, ki so del molekul biološko aktivnih snovi - encimov in steroidov. Kovalentne polarne vezi v nukleotidih DNA in RNA zagotavljajo tvorbo fosfodiesterskih vezi v verigah nukleinskih kislin. Zakaj je fosfor potreben v človeškem telesu in kakšne so njegove funkcije pri presnovi? Najprej razmislimo o tem vprašanju na ravni celične organizacije.
Mesto fosforja v elementarni sestavi celice
Po vsebnosti v citoplazmi in organelah (0,2-1%) je nekovina na četrtem mestu za organogenimi elementi. Najbolj nasičene s fosforjevimi spojinami so celice mišično-skeletnega sistema - osteociti, snov zobnega tkiva - dentin. Njihova vsebnost je visoka v nevronih in nevroglijah, ki sestavljajo živčni sistem. Atome fosforja najdemo v membranskih beljakovinah, nukleinskih kislinah in energijsko intenzivnih snoveh - ATP adenozin trifosforna kislina in v reducirani obliki nikotinamid dinukleotid fosfata - NADP×H2. Kot lahko vidite, se v človeškem telesu fosfor nahaja v vseh vitalnih strukturah: celicah, tkivih, fizioloških sistemih.
Znano je, da je raven homeostaze celice, ki je odprt biološki sistem, odvisna od koncentracije različnih ionov v hialoplazmi in medcelični tekočini. Kakšna je funkcija fosforja pri ohranjanju konstantnosti notranjega okolja človeškega telesa?
Buffer system
Zaradi lastnosti polprepustnosti skozi zunanjo membrano v celico nenehno vstopajo različne snovi, katerih visoka koncentracija lahko negativno vpliva na njeno vitalno aktivnost. Za nevtralizacijo presežka strupenih ionov citoplazma skupaj z natrijevimi, kalijevimi, kalcijevimi kationi vsebuje kislinske ostanke karbonatne, sulfitne in fosforne kisline. Sposobni so reagirati s presežkom ionov, ki so vstopili v celico, in nadzorujejo konstantnost znotrajcelične vsebine. Puferski sistem poleg ionov šibkih kislin nujno vključuje anioneNRO42- in N2RO4 -, ki vsebuje fosfor. V človeškem telesu kot del puferskega sistema zagotavlja fiziološko normalen potek presnovnih reakcij na celični ravni.
Oksidativna fosforilacija
Razgradnja organskih spojin v celici se imenuje aerobno dihanje. Njegova lokacija so mitohondriji. Encimski kompleksi se nahajajo na notranjih gubah - kristah organelov. Na primer, sistem ATP-ase vsebuje molekule nosilce elektronov. Zahvaljujoč reakcijam, ki jih katalizirajo encimi, se ATP sintetizira iz ADP in prostih molekul fosforne kisline - univerzalne energijske snovi celic, ki se porabi za njihovo razmnoževanje, rast in gibanje. Njegovo tvorbo lahko predstavimo kot poenostavljeno reakcijsko shemo: ADP + F=ATP. Nato se v citoplazmi kopičijo molekule adenozin trifosforne kisline. Služijo kot vir energije za opravljanje mehanskega dela, na primer v mišičnem sistemu in pri reakcijah plastične izmenjave. Zato ima fosfor v človeškem telesu vodilno vlogo pri presnovi energije.
fosfodiesterske vezi dednih molekul
V celičnem jedru je zabeležena visoka vsebnost atomskega fosforja, saj je element del nukleinskih kislin. Že v 19. stoletju jih je odkril švicarski znanstvenik F. Miescher, so biopolimeri in so sestavljeni iz monomerov – nukleotidov. Prisoten fosfortako v samih purinskih in pirimidinskih bazah kot tudi v vezi, ki tvorijo verige RNA in supercoil DNK. Monomeri nukleinske kisline so sposobni tvoriti polimerne strukture zaradi nastanka kovalentnih vezi med pentozo in ostanki fosforne kisline sosednjih nukleotidov. Imenujejo se fosfodiestri. Uničenje molekul DNK in RNA, ki nastane v človeških celicah pod vplivom trdega gama sevanja ali kot posledica zastrupitve s strupenimi snovmi, nastane zaradi prekinitve fosfodiesterskih vezi. Povzroča odmiranje celic.
Biološke membrane
Strukture, ki omejujejo notranjo vsebino celice, vsebujejo tudi fosfor. V človeškem telesu do 40 % suhe telesne teže odpade na spojine, ki vsebujejo fosfolipide in fosfoproteine. So glavne sestavine membranske plasti, ki vsebuje tudi snovi, kot so beljakovine in ogljikovi hidrati. Visoka vsebnost fosforja je značilna za membrane nevrocitov in njihovih procesov - dendritov in aksonov. Fosfolipidi dajejo membranam plastičnost, zaradi prisotnosti molekul holesterola pa tudi moč. Imajo tudi vlogo sekundarnih glasnikov - signalnih molekul, ki so aktivatorji efektorskih proteinov, ki sodelujejo pri prevajanju živčnega impulza.
Obščitnične žleze in njihova vloga pri presnovi fosforja
Podobno grahu, ki leži na obeh režnjah ščitnice in tehta 0,5-0,8 g vsak, obščitnične žleze izločajo obščitnični hormon. Uravnava izmenjavo elementov kot nprkalcija in fosforja v človeškem telesu. Njihove funkcije so delovanje na osteocite in osteoblaste – celice skeletnega sistema, ki pod vplivom hormona začnejo sproščati soli fosforne kisline v zunajcelično tekočino. S hiperfunkcijo obščitničnih žlez človeške kosti izgubijo moč, se zmehčajo in zrušijo, vsebnost fosforja v njih močno pade. V tem času se poveča tveganje za zlome hrbtenice, medeničnih kosti in kolkov, ki ogrožajo življenje bolnika. Hkrati se poveča količina kalcija. To vodi v hiperkalcemijo s simptomi poškodbe perifernih živcev in padcem tonusa skeletnih mišic. Paratiroidni hormon deluje tudi na ledvice in zmanjšuje reabsorpcijo fosforjevih soli iz primarnega urina. Povečanje fosfata v tkivih ledvic povzroči hiperfosfaturijo in nastanek kamnov.
Mineralna sestava kosti
Trdota, trdnost in elastičnost podpornega sistema je odvisna od kemične sestave celic kostnega tkiva. Osteociti vsebujejo tako organske spojine, kot je protein osein, kot tudi anorganske snovi, ki vsebujejo kalcijeve in magnezijeve fosfatne soli. Ko se oseba stara, se količina mineralnih sestavin, kot so hidroksiapatiti, v osteocitih in osteoblastih poveča. Nenormalna mineralizacija kostnega tkiva, kopičenje kalcijevih soli in presežka fosforja v človeškem telesu vodijo do izgube elastičnosti in trdnosti vseh delov okostja, zato so starejši ljudje bolj izpostavljeni nevarnosti poškodb in zlomov.
Transformacija fosforjevih spojin v telesučlovek
Največja prebavna žleza v človeškem telesu - jetra - igra vodilno vlogo pri presnovi snovi, ki vsebujejo fosfor. Na te procese vplivajo tudi obščitnični hormoni in vitamin D. Dnevna potreba po elementu za odrasle je 1,0-2,0 grama, za otroke in mladostnike - do 2,5 g. Fosfor v obliki lahko prebavljivih soli, pa tudi v kompleksih z beljakovinami in ogljikovimi hidrati, vstopi v človeško telo s hrano.
Z njim so nasičena sončnična, bučna, konopljina semena. V živalskih proizvodih je veliko fosforja v piščančjih jetrih, govedini, trdih sirih in ribah. Presežek fosforja v telesu se lahko pojavi kot posledica kršitve funkcije reabsorpcije ledvic, nepravilne uporabe vitaminov in pomanjkanja kalcija v hrani. Negativni učinek fosforja na človeško telo se kaže predvsem v okvarah srčno-žilnega sistema, ledvic in kostnega aparata in lahko kaže na resne presnovne motnje.
