La biochimica è una branca della biologia che studia la composizione chimica sia delle singole cellule che dell'intero organismo. È noto che quasi il 98% del contenuto cellulare include atomi di ossigeno, carbonio, azoto e idrogeno. Questi elementi chimici sono chiamati organogeni. L'1,8% cade su potassio, sodio, magnesio, cloro, fosforo. Nel corpo umano fanno parte dei sali minerali e hanno la forma di ioni semplici o complessi, garantendo il normale corso delle reazioni metaboliche. Ad esempio, i più importanti composti cellulari responsabili della trasmissione dei tratti ereditari - acidi nucleici - contengono anioni di residui acidi dell'acido ortofosforico.
Gli ioni contenenti fosforo sono anche inclusi nelle molecole di ATP, da cui dipende la fornitura di energia alle cellule. In questo articolo, daremo esempi che confermano l'importanteil ruolo del fosforo nel corpo umano e il suo effetto sul metabolismo.
Legami polari covalenti e loro significato
La base della struttura delle sostanze organiche che compongono la materia vivente è la capacità delle loro molecole di formare un certo tipo di legame chimico. Si chiama covalente polare e, nascendo tra gli atomi dei non metalli, determina le principali caratteristiche chimiche dei composti. La biochimica, studiando la composizione delle molecole di sostanze che entrano nelle cellule di piante, funghi, animali, ha stabilito la loro composizione chimica. Si è scoperto che, oltre all'azoto, al carbonio, all'ossigeno, includono anche il fosforo. Nel corpo umano non si trova allo stato libero, poiché è una sostanza altamente tossica. Pertanto, nei sistemi viventi, l'elemento ha la forma di anioni di acido meta-, orto- o pirofosforico, che hanno la capacità di formare legami con cationi metallici. In quali sostanze della cellula si possono trovare?
Fosforo in molecole organiche complesse
Le proteine del sistema scheletrico, gli ormoni, le vitamine ei lipidi formano composti complessi con ioni complessi contenenti fosforo. Nel corpo umano ci sono composti complessi - fosfolipidi e fosfoproteine, che fanno parte delle molecole di sostanze biologicamente attive - enzimi e steroidi. I legami polari covalenti nei nucleotidi di DNA e RNA forniscono la formazione di legami fosfodiestere nelle catene di acidi nucleici. Perché il fosforo è necessario nel corpo umano e quali sono le sue funzioni nel metabolismo? Consideriamo prima questa domanda a livello di organizzazione cellulare.
Il posto del fosforo nella composizione elementare della cellula
Secondo il contenuto nel citoplasma e negli organelli (0,2-1%), il non metallo è al quarto posto dopo gli elementi organogeni. I più saturi di composti di fosforo sono le cellule del sistema muscolo-scheletrico - gli osteociti, la sostanza del tessuto dentale - la dentina. Il loro contenuto è ricco di neuroni e neuroglia, che costituiscono il sistema nervoso. Gli atomi di fosforo si trovano nelle proteine di membrana, negli acidi nucleici e nelle sostanze ad alta intensità energetica - ATP acido adenosina trifosforico e nella forma ridotta di nicotinamide dinucleotide fosfato - NADP×H2. Come puoi vedere, nel corpo umano, il fosforo si trova in tutte le strutture vitali: cellule, tessuti, sistemi fisiologici.
È noto che il livello di omeostasi di una cellula, che è un sistema biologico aperto, dipende dalla concentrazione di vari ioni nell'ialoplasma e nel fluido intercellulare. Qual è la funzione del fosforo nel mantenere la costanza dell'ambiente interno del corpo umano?
Sistema tampone
A causa della proprietà di semipermeabilità attraverso la membrana esterna, varie sostanze entrano costantemente nella cellula, un' alta concentrazione delle quali può influire negativamente sulla sua attività vitale. Per neutralizzare l'eccesso di ioni tossici, il citoplasma, insieme ai cationi sodio, potassio, calcio, contiene residui acidi di acido carbonato, solfito e fosforico. Sono in grado di reagire con un eccesso di ioni che sono entrati nella cellula e controllano la costanza del contenuto intracellulare. Il sistema tampone, oltre agli ioni degli acidi deboli, include necessariamente anioniNRO42- e N2RO4 - contenenti fosforo. Nel corpo umano, come parte del sistema tampone, assicura il normale svolgimento fisiologico delle reazioni metaboliche a livello cellulare.
Fosforilazione ossidativa
La scomposizione dei composti organici in una cellula è chiamata respirazione aerobica. La sua posizione sono i mitocondri. I complessi enzimatici si trovano sulle pieghe interne: le creste degli organelli. Ad esempio, il sistema ATP-asi contiene molecole di trasporto di elettroni. Grazie alle reazioni catalizzate dagli enzimi, l'ATP viene sintetizzato dall'ADP e dalle molecole libere di acido fosforico, la sostanza energetica universale delle cellule, che viene spesa per la loro riproduzione, crescita e movimento. La sua formazione può essere rappresentata come uno schema di reazione semplificato: ADP + F=ATP. Quindi le molecole di acido adenosina trifosforico si accumulano nel citoplasma. Servono come fonte di energia per eseguire lavori meccanici, ad esempio nel sistema muscolare e nelle reazioni di scambio plastico. Di conseguenza, il fosforo nel corpo umano svolge un ruolo di primo piano nel metabolismo energetico.
Legami fosfodiestere delle molecole ereditarie
Nel nucleo cellulare si registra un alto contenuto di fosforo atomico, poiché l'elemento fa parte degli acidi nucleici. Scoperti nel XIX secolo dallo scienziato svizzero F. Miescher, sono biopolimeri e sono costituiti da monomeri - nucleotidi. Fosforo presentesia nelle basi puriniche e pirimidiniche stesse, sia nei legami che formano le catene di RNA e il superavvolgimento del DNA. I monomeri degli acidi nucleici sono in grado di formare strutture polimeriche a causa dell'emergere di legami covalenti tra il pentoso e i residui di acido fosforico dei nucleotidi adiacenti. Sono chiamati fosfodiesteri. La distruzione delle molecole di DNA e RNA che si verifica nelle cellule umane sotto l'influenza di radiazioni gamma dure o come risultato di avvelenamento con sostanze tossiche si verifica a causa della rottura dei legami fosfodiestere. Fa morire le cellule.
Membrane biologiche
Le strutture che limitano il contenuto interno della cellula contengono anche fosforo. Nel corpo umano, fino al 40% del peso corporeo secco ricade su composti contenenti fosfolipidi e fosfoproteine. Sono i componenti principali dello strato di membrana, che contiene anche sostanze come proteine e carboidrati. Un alto contenuto di fosforo è caratteristico delle membrane dei neurociti e dei loro processi: dendriti e assoni. I fosfolipidi conferiscono alle membrane plasticità e, grazie alla presenza di molecole di colesterolo, anche forza. Svolgono anche il ruolo di secondi messaggeri - molecole di segnalazione che sono attivatori di proteine effettrici coinvolte nella conduzione di un impulso nervoso.
Ghiandole paratiroidi e loro ruolo nel metabolismo del fosforo
Simili ai piselli, sdraiati su entrambi i lobi della tiroide e del peso di 0,5-0,8 g ciascuno, le ghiandole paratiroidi secernono l'ormone paratiroideo. Regola lo scambio di elementi comecalcio e fosforo nel corpo umano. Le loro funzioni sono di agire su osteociti e osteoblasti - cellule del sistema scheletrico che, sotto l'influenza dell'ormone, iniziano a rilasciare sali di acido fosforico nel liquido extracellulare. Con l'iperfunzione delle ghiandole paratiroidi, le ossa umane perdono forza, si ammorbidiscono e collassano, il contenuto di fosforo in esse diminuisce drasticamente. In questo momento, aumenta il rischio di fratture della colonna vertebrale, delle ossa pelviche e delle anche, che minacciano la vita del paziente. Allo stesso tempo, la quantità di calcio aumenta. Questo porta a ipercalcemia con sintomi di danno ai nervi periferici e un calo del tono muscolare scheletrico. L'ormone paratiroideo agisce anche sui reni, riducendo il riassorbimento dei sali di fosforo dall'urina primaria. Un aumento del fosfato nei tessuti dei reni provoca iperfosfaturia e formazione di calcoli.
Composizione minerale ossea
La durezza, la forza e l'elasticità del sistema di supporto dipendono dalla composizione chimica delle cellule del tessuto osseo. Gli osteociti contengono sia composti organici, come la proteina osseina, sia sostanze inorganiche contenenti sali di fosfato di calcio e magnesio. Con l'invecchiamento, la quantità di componenti minerali, come l'idrossiapatite, negli osteociti e negli osteoblasti aumenta. La mineralizzazione anomala del tessuto osseo, l'accumulo di sali di calcio e l'eccesso di fosforo nel corpo umano portano a una perdita di elasticità e forza di tutte le parti dello scheletro, quindi è più probabile che le persone anziane siano a rischio di lesioni e fratture.
Trasformazione dei composti del fosforo nel corpoumano
La più grande ghiandola digestiva del corpo umano - il fegato - svolge un ruolo di primo piano nel metabolismo delle sostanze contenenti fosforo. Anche gli ormoni paratiroidei e la vitamina D influenzano questi processi. Il fabbisogno giornaliero dell'elemento per gli adulti è di 1,0-2,0 grammi, per bambini e adolescenti - fino a 2,5 g Il fosforo sotto forma di sali facilmente digeribili, nonché in complessi con proteine e carboidrati, entra nel corpo umano con il cibo.
I semi di girasole, zucca e canapa ne sono saturati. C'è molto fosforo nei prodotti animali nel fegato di pollo, nel manzo, nei formaggi a pasta dura e nel pesce. Un eccesso di fosforo nel corpo può verificarsi a causa di una violazione della funzione di riassorbimento dei reni, dell'uso improprio delle vitamine e della mancanza di calcio negli alimenti. L'effetto negativo del fosforo sul corpo umano si manifesta principalmente nei danni al sistema cardiovascolare, ai reni e all'apparato osseo e può indicare gravi disordini metabolici.
