Biohemija je grana biologije koja proučava hemijski sastav i pojedinačnih ćelija i celog organizma. Poznato je da gotovo 98% ćelijskog sadržaja uključuje atome kisika, ugljika, dušika i vodika. Ovi hemijski elementi se nazivaju organogeni. 1,8% otpada na kalijum, natrijum, magnezijum, hlor, fosfor. U ljudskom tijelu su dio mineralnih soli i imaju oblik jednostavnih ili složenih jona, osiguravajući normalan tok metaboličkih reakcija. Na primjer, najvažnija ćelijska jedinjenja odgovorna za prijenos nasljednih osobina - nukleinske kiseline - sadrže anjone kiselih ostataka ortofosforne kiseline.
Joni koji sadrže fosfor su takođe uključeni u molekule ATP-a, od kojih zavisi snabdevanje ćelija energijom. U ovom članku ćemo dati primjere koji potvrđuju važnouloga fosfora u ljudskom organizmu i njegov uticaj na metabolizam.
Kovalentne polarne veze i njihovo značenje
Osnova strukture organskih supstanci koje čine živu materiju je sposobnost njihovih molekula da formiraju određenu vrstu hemijske veze. Naziva se kovalentnim polarnim i, nastaje između atoma nemetala, određuje glavne kemijske karakteristike spojeva. Biohemija, proučavajući sastav molekula supstanci koje ulaze u ćelije biljaka, gljiva, životinja, utvrdila je njihov hemijski sastav. Ispostavilo se da, osim dušika, ugljika, kisika, sadrže i fosfor. U ljudskom tijelu se ne javlja u slobodnom stanju, jer je vrlo toksična supstanca. Stoga u živim sistemima element ima oblik anjona meta-, orto- ili pirofosforne kiseline, koji imaju sposobnost stvaranja veza sa metalnim katjonima. U kojim supstancama ćelije se mogu naći?
Fosfor u složenim organskim molekulima
Proteini koštanog sistema, hormoni, vitamini i lipidi formiraju kompleksna jedinjenja sa kompleksnim jonima koji sadrže fosfor. U ljudskom tijelu postoje složeni spojevi - fosfolipidi i fosfoproteini, koji su dio molekula biološki aktivnih supstanci - enzima i steroida. Kovalentne polarne veze u nukleotidima DNK i RNK osiguravaju stvaranje fosfodiestarskih veza u lancima nukleinskih kiselina. Zašto je fosfor potreban ljudskom tijelu i koje su njegove funkcije u metabolizmu? Hajde da prvo razmotrimo ovo pitanje na ćelijskom nivou organizacije.
Mesto fosfora u elementarnom sastavu ćelije
Prema sadržaju u citoplazmi i organelama (0,2-1%), nemetal je na četvrtom mjestu nakon organogenih elemenata. Najzasićenije jedinjenjima fosfora su ćelije mišićno-koštanog sistema - osteociti, supstanca zubnog tkiva - dentin. Njihov sadržaj je visok u neuronima i neuroglijama, koji čine nervni sistem. Atomi fosfora se nalaze u membranskim proteinima, nukleinskim kiselinama i energetski intenzivnim supstancama - ATP adenozin trifosfornoj kiselini i u redukovanom obliku nikotinamid dinukleotid fosfata - NADP×H2. Kao što vidite, u ljudskom tijelu, fosfor se nalazi u svim vitalnim strukturama: ćelijama, tkivima, fiziološkim sistemima.
Poznato je da nivo homeostaze ćelije, koja je otvoreni biološki sistem, zavisi od koncentracije različitih jona u hijaloplazmi i međućelijskoj tečnosti. Koja je funkcija fosfora u održavanju postojanosti unutrašnjeg okruženja ljudskog tijela?
Buffer sistem
Zbog svojstva polupropusnosti kroz vanjsku membranu, u ćeliju neprestano ulaze različite tvari čija visoka koncentracija može negativno utjecati na njenu vitalnu aktivnost. Za neutralizaciju viška toksičnih iona, citoplazma, zajedno sa natrijum, kalijumom, kalcijevim kationima, sadrži kisele ostatke karbonatnih, sulfitnih i fosfornih kiselina. Oni su u stanju da reaguju sa viškom jona koji su ušli u ćeliju i kontrolišu postojanost unutarćelijskog sadržaja. Puferski sistem, pored jona slabih kiselina, obavezno uključuje i anjoneNRO42- i N2RO4 - koji sadrži fosfor. U ljudskom tijelu, kao dio pufer sistema, osigurava fiziološki normalan tok metaboličkih reakcija na ćelijskom nivou.
Oksidativna fosforilacija
Razgradnja organskih jedinjenja u ćeliji naziva se aerobno disanje. Njegova lokacija su mitohondrije. Enzimski kompleksi nalaze se na unutrašnjim naborima - kristama organela. Na primjer, ATP-ase sistem sadrži molekule nosače 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 formiranje se može predstaviti kao pojednostavljena shema reakcije: ADP + F=ATP. Tada se molekuli adenozin trifosforne kiseline akumuliraju u citoplazmi. Oni služe kao izvor energije za obavljanje mehaničkog rada, na primjer, u mišićnom sistemu i u reakcijama plastične izmjene. Shodno tome, fosfor u ljudskom tijelu igra vodeću ulogu u energetskom metabolizmu.
fosfodiestarske veze nasljednih molekula
U ćelijskom jezgru je zabilježen visok sadržaj atomskog fosfora, budući da je element dio nukleinskih kiselina. Otkrio ih je još u 19. veku švajcarski naučnik F. Mišer, oni su biopolimeri i sastoje se od monomera – nukleotida. Prisutan fosforkako u samim purinskim i pirimidinskim bazama, tako i u vezama koje formiraju lance RNK i DNK superzavojnicu. Monomeri nukleinske kiseline su sposobni formirati polimerne strukture zbog pojave kovalentnih veza između pentoze i ostataka fosforne kiseline susjednih nukleotida. Zovu se fosfodiesteri. Uništavanje molekula DNK i RNK koje nastaje u ljudskim stanicama pod utjecajem jakog gama zračenja ili kao posljedica trovanja otrovnim tvarima nastaje zbog raskidanja fosfodiestarskih veza. To uzrokuje umiranje ćelija.
Biološke membrane
Strukture koje ograničavaju unutrašnji sadržaj ćelije takođe 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 prisustva molekula holesterola i čvrstoću. Oni također igraju ulogu sekundarnih glasnika - signalnih molekula koji su aktivatori efektorskih proteina uključenih u provođenje nervnog impulsa.
Paratireoidne žlijezde i njihova uloga u metabolizmu fosfora
Sliči na grašak, leži na oba režnja štitaste žlezde i teži 0,5-0,8 g svaki, paratiroidne žlezde luče paratiroidni hormon. Reguliše razmjenu elemenata kao nprkalcijuma i fosfora u ljudskom tijelu. Njihove funkcije su djelovanje na osteocite i osteoblaste - stanice koštanog sistema, koje pod utjecajem hormona počinju da oslobađaju soli fosforne kiseline u ekstracelularnu tekućinu. Uz hiperfunkciju paratireoidnih žlijezda, ljudske kosti gube snagu, omekšaju i kolabiraju, sadržaj fosfora u njima naglo opada. U ovom trenutku povećava se rizik od prijeloma kralježnice, karličnih kostiju i kukova, koji ugrožavaju život pacijenta. Istovremeno se povećava i količina kalcijuma. To dovodi do hiperkalcemije sa simptomima oštećenja perifernih živaca i padom tonusa skeletnih mišića. Paratiroidni hormon djeluje i na bubrege, smanjujući reapsorpciju fosfornih soli iz primarnog urina. Povećanje fosfata u tkivima bubrega uzrokuje hiperfosfaturiju i stvaranje kamenca.
Mineralni sastav kosti
Tvrdoća, čvrstoća i elastičnost potpornog sistema zavise od hemijskog sastava ćelija koštanog tkiva. Osteociti sadrže i organska jedinjenja, kao što je protein osein, i neorganske supstance koje sadrže kalcijum i magnezijum fosfatne soli. Kako osoba stari, količina mineralnih komponenti, kao što su hidroksiapatiti, u osteocitima i osteoblastima raste. Abnormalna mineralizacija koštanog tkiva, nakupljanje soli kalcijuma i viška fosfora u ljudskom tijelu dovode do gubitka elastičnosti i čvrstoće svih dijelova skeleta, pa su stariji ljudi češće izloženi riziku od povreda i prijeloma.
Transformacija jedinjenja fosfora u telučovjek
Najveća probavna žlijezda u ljudskom tijelu - jetra - igra vodeću ulogu u metabolizmu tvari koje sadrže fosfor. Paratiroidni hormoni i vitamin D takođe utiču 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 svarljivih soli, kao i u kompleksima s proteinima i ugljikohidratima, ulazi u ljudsko tijelo 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 upotrebe vitamina i nedostatka kalcija u hrani. Negativan uticaj fosfora na ljudski organizam manifestuje se prvenstveno u oštećenju kardiovaskularnog sistema, bubrega i koštanog aparata i može ukazivati na ozbiljne metaboličke poremećaje.
