La bioquímica és una branca de la biologia que estudia la composició química tant de cèl·lules individuals com de tot l'organisme. Se sap que gairebé el 98% del contingut cel·lular inclou àtoms d'oxigen, carboni, nitrogen i hidrogen. Aquests elements químics s'anomenen organogènics. L'1,8% recau en potassi, sodi, magnesi, clor, fòsfor. En el cos humà, formen part de sals minerals i tenen forma d'ions simples o complexos, assegurant el curs normal de les reaccions metabòliques. Per exemple, els compostos cel·lulars més importants responsables de la transmissió de trets hereditaris, els àcids nucleics, contenen anions de residus àcids de l'àcid ortofosfòric.
Els ions que contenen fòsfor també s'inclouen a les molècules d'ATP, de les quals depèn el subministrament d'energia a les cèl·lules. En aquest article, donarem exemples que confirmen l'importantel paper del fòsfor en el cos humà i el seu efecte sobre el metabolisme.
Enllaços polars covalents i el seu significat
La base de l'estructura de les substàncies orgàniques que formen la matèria viva és la capacitat de les seves molècules per formar un determinat tipus d'enllaç químic. S'anomena polar covalent i, sorgint entre els àtoms dels no metalls, determina les principals característiques químiques dels compostos. La bioquímica, estudiant la composició de les molècules de substàncies que entren a les cèl·lules de plantes, fongs, animals, va establir la seva composició química. Va resultar que, a més del nitrogen, el carboni i l'oxigen, també inclouen fòsfor. En el cos humà, no es presenta en estat lliure, ja que és una substància altament tòxica. Per tant, en els sistemes vius, l'element té la forma d'anions d'àcid meta-, orto- o pirofosfòric, que tenen la capacitat de formar enllaços amb cations metàl·lics. En quines substàncies de la cèl·lula es poden trobar?
Fòsfor en molècules orgàniques complexes
Les proteïnes del sistema esquelètic, les hormones, les vitamines i els lípids formen compostos complexos amb ions complexos que contenen fòsfor. En el cos humà hi ha compostos complexos: fosfolípids i fosfoproteïnes, que formen part de les molècules de substàncies biològicament actives: enzims i esteroides. Els enllaços polars covalents en els nucleòtids d'ADN i ARN proporcionen la formació d'enllaços fosfodièster en cadenes d'àcids nucleics. Per què es necessita fòsfor al cos humà i quines són les seves funcions en el metabolisme? Considerem primer aquesta pregunta a nivell cel·lular d'organització.
El lloc del fòsfor en la composició elemental de la cèl·lula
Segons el contingut en el citoplasma i els orgànuls (0,2-1%), el no metall ocupa el quart lloc després dels elements organogènics. Els més saturats de compostos de fòsfor són les cèl·lules del sistema musculoesquelètic: els osteòcits, la substància del teixit dental: la dentina. El seu contingut és alt en neurones i neuroglia, que formen el sistema nerviós. Els àtoms de fòsfor es troben a les proteïnes de membrana, àcids nucleics i substàncies intensives en energia: ATP àcid adenosina trifosfòric i en forma reduïda de fosfat de dinucleòtid de nicotinamida: NADP×H2. Com podeu veure, al cos humà, el fòsfor es troba a totes les estructures vitals: cèl·lules, teixits, sistemes fisiològics.
Se sap que el nivell d'homeòstasi d'una cèl·lula, que és un sistema biològic obert, depèn de la concentració de diversos ions al hialoplasma i al líquid intercel·lular. Quina és la funció del fòsfor per mantenir la constància de l'entorn intern del cos humà?
Sistema de memòria intermèdia
A causa de la propietat de semi-permeabilitat a través de la membrana externa, diverses substàncies entren constantment a la cèl·lula, una alta concentració de les quals pot afectar negativament la seva activitat vital. Per neutralitzar l'excés d'ions tòxics, el citoplasma, juntament amb cations de sodi, potassi i calci, conté residus àcids de carbonat, sulfit i àcids fosfòrics. Són capaços de reaccionar amb un excés d'ions que han entrat a la cèl·lula i controlar la constància del contingut intracel·lular. El sistema tampó, a més dels ions d'àcids febles, inclou necessàriament anionsNRO42- i N2RO4 - que conté fòsfor. Al cos humà, com a part del sistema tampó, assegura el curs fisiològicament normal de les reaccions metabòliques a nivell cel·lular.
Fosforilació oxidativa
La descomposició dels compostos orgànics en una cèl·lula s'anomena respiració aeròbica. La seva ubicació és els mitocondris. Els complexos enzimàtics es troben als plecs interns: les crestes dels orgànuls. Per exemple, el sistema ATP-asa conté molècules portadores d'electrons. Gràcies a les reaccions catalitzades per enzims, l'ATP es sintetitza a partir d'ADP i molècules lliures d'àcid fosfòric, la substància energètica universal de les cèl·lules, que es gasta en la seva reproducció, creixement i moviment. La seva formació es pot representar com un esquema de reacció simplificat: ADP + F=ATP. Aleshores les molècules d'àcid trifosfòric d'adenosina s'acumulen al citoplasma. Serveixen com a font d'energia per realitzar treballs mecànics, per exemple, en el sistema muscular i en les reaccions d'intercanvi plàstic. En conseqüència, el fòsfor del cos humà té un paper destacat en el metabolisme energètic.
Enllaços fosfodièster de molècules hereditàries
Al nucli cel·lular s'enregistra un alt contingut de fòsfor atòmic, ja que l'element forma part dels àcids nucleics. Descoberts al segle XIX pel científic suís F. Miescher, són biopolímers i estan formats per monòmers: nucleòtids. Fòsfor presenttant en les pròpies bases puríniques i pirimidiniques, com en els enllaços que formen les cadenes d'ARN i la superbobina d'ADN. Els monòmers d'àcid nucleic són capaços de formar estructures de polímer a causa de l'aparició d'enllaços covalents entre els residus de pentosa i àcid fosfòric dels nucleòtids adjacents. S'anomenen fosfodièsters. La destrucció de molècules d'ADN i ARN que es produeix a les cèl·lules humanes sota la influència de la radiació gamma dura o com a resultat d'una intoxicació amb substàncies tòxiques es produeix a causa de la ruptura dels enllaços fosfodièster. Fa que les cèl·lules morin.
Membranes biològiques
Les estructures que limiten el contingut intern de la cèl·lula també contenen fòsfor. En el cos humà, fins a un 40% del pes corporal sec recau en compostos que contenen fosfolípids i fosfoproteïnes. Són els components principals de la capa de membrana, que també conté substàncies com proteïnes i hidrats de carboni. Un alt contingut de fòsfor és característic de les membranes dels neuròcits i dels seus processos: dendrites i axons. Els fosfolípids donen plasticitat a les membranes i, per la presència de molècules de colesterol, també força. També fan el paper de segon missatger: molècules de senyalització que són activadores de proteïnes efectores implicades en la conducció d'un impuls nerviós.
Glàndules paratiroides i el seu paper en el metabolisme del fòsfor
Semblant als pèsols, situats als dos lòbuls de la glàndula tiroide i amb un pes de 0,5-0,8 g cadascuna, les glàndules paratiroides segreguen hormona paratiroïdal. Regula l'intercanvi d'elements com aracalci i fòsfor en el cos humà. Les seves funcions són actuar sobre els osteòcits i osteoblasts, cèl·lules del sistema esquelètic que, sota la influència de l'hormona, comencen a alliberar sals d'àcid fosfòric al líquid extracel·lular. Amb la hiperfunció de les glàndules paratiroides, els ossos humans perden força, es suavitzen i col·lapsen, el contingut de fòsfor en ells disminueix bruscament. En aquest moment, augmenta el risc de fractures de la columna vertebral, els ossos pèlvics i els malucs, que amenacen la vida del pacient. Al mateix temps, augmenta la quantitat de calci. Això condueix a una hipercalcèmia amb símptomes de dany dels nervis perifèrics i una caiguda del to muscular esquelètic. L'hormona paratiroïdal també actua sobre els ronyons, reduint la reabsorció de sals de fòsfor de l'orina primària. Un augment del fosfat als teixits dels ronyons provoca hiperfosfatúria i formació de càlculs.
Composició mineral òssia
La duresa, la força i l'elasticitat del sistema de suport depèn de la composició química de les cèl·lules del teixit ossi. Els osteòcits contenen tant compostos orgànics, com la proteïna osseïna, com substàncies inorgàniques que contenen sals de fosfat de calci i magnesi. A mesura que una persona envelleix, augmenta la quantitat de components minerals, com ara hidroxiapatites, en osteòcits i osteoblasts. La mineralització anormal del teixit ossi, l'acumulació de sals de calci i l'excés de fòsfor al cos humà provoquen una pèrdua d'elasticitat i força de totes les parts de l'esquelet, de manera que les persones grans tenen més probabilitats de patir lesions i fractures..
Transformació de compostos de fòsfor al coshumà
La glàndula digestiva més gran del cos humà, el fetge, té un paper destacat en el metabolisme de les substàncies que contenen fòsfor. Les hormones paratiroïdals i la vitamina D també influeixen en aquests processos. El requisit diari de l'element per a adults és d'1,0-2,0 grams, per a nens i adolescents, fins a 2,5 g. El fòsfor en forma de sals fàcilment digeribles, així com en complexos amb proteïnes i hidrats de carboni, entra al cos humà amb els aliments.
Les llavors de gira-sol, carbassa i cànem estan saturats amb ell. Hi ha molt fòsfor en els productes animals del fetge de pollastre, la vedella, els formatges durs i el peix. Es pot produir un excés de fòsfor al cos com a conseqüència d'una violació de la funció de reabsorció dels ronyons, un ús inadequat de vitamines i una manca de calci en els aliments. L'efecte negatiu del fòsfor sobre el cos humà es manifesta principalment en el dany al sistema cardiovascular, els ronyons i l'aparell ossi i pot indicar trastorns metabòlics greus.
