Фосфор в організмі людини: значення, вплив

Біохімія - розділ біології, що вивчає хімічний склад як окремих клітин, так і всього організму в цілому. Відомо, що майже 98% клітинного вмісту включають атоми кисню, вуглецю, азоту та водню. Ці хімічні елементи називаються органогенними. 1,8% припадає на калій, натрій, магній, хлор, фосфор. В організмі людини вони входять до складу мінеральних солей і мають вигляд простих або складних іонів, забезпечуючи нормальне протікання реакцій обміну речовин. Наприклад, найважливіші сполуки клітини, що відповідають за передачу спадкових ознак - нуклеїнові кислоти, - містять аніони кислотних залишків ортофосфорної кислоти.

У молекули АТФ, від яких залежить забезпечення клітин енергією, також входять фосфоровмісні іони. У цій статті ми наведемо приклади, що підтверджують важливу роль фосфору в організмі людини і його вплив на обмін речовин.

Ковалентні полярні зв "язки та їх значення

В основі будови органічних речовин, що становлять живу матерію, лежить здатність їх молекул утворювати певний тип хімічного зв'язку. Вона називається ковалентною полярною і, виникла між атомами неметалів, обумовлює основні хімічні характеристики сполук. Біохімія, вивчаючи склад молекул речовин, що входять до клітин рослин, грибів, тварин, встановила їх хімічний склад. Виявилося, що, крім азоту, вуглецю, кисню, в них входить і фосфор. В організмі людини він не зустрічається у вільному стані, оскільки є високотоксичною речовиною. Тому в живих системах елемент має форму аніонів мета-, орто- або пірофосфорної кислоти, які мають здатність до утворення зв'язків з катіонами металів. В яких речовинах клітини вони можуть зустрічатися?

Фосфор у складі складних органічних молекул

Білки кісткової системи, гормони, вітаміни і ліпіди утворюють з фосфорвмісними складними іонами комплексні сполуки. В організмі людини присутні складні сполуки - фосфоліпіди і фосфопротеїди, що входять до складу молекул біологічно активних речовин - ферментів і стероїдів. Ковалентні полярні зв'язки в нуклеотидах ДНК і РНК забезпечують утворення фосфодіефірних зв'язків у ланцюгах нуклеїнових кислот. Для чого потрібен фосфор в організмі людини і які його функції в обміні речовин? Спочатку розглянемо це питання на клітинному рівні організації.

Місце фосфору в елементному складі клітини

За змістом у цитоплазмі та органелах (0,2-1%), неметал знаходиться на четвертому місці після органогенних елементів. Найбільш насичені сполуками фосфору клітини опорно-рухової системи - остеоцити, речовина зубної тканини - дентин. Великий їх вміст у нейронах і нейроглії, з яких складається нервова система. Атоми фосфору містяться в мембранних протеїнах, нуклеїнових кислотах і енергоємних речовинах - аденозинтрифосфорній кислоті АТФ і у відновленій формі нікотинаміддинуклеотидфосфату - НАДФ Н2. Як бачимо, в організмі людини фосфор міститься у всіх життєво значущих структурах: клітинах, тканинах, фізіологічних системах.

Відомо, що рівень гомеостазу клітини, яка є відкритою біологічною системою, залежить від концентрації різних іонів у гіалоплазмі та міжклітинній рідині. Яка ж функція фосфору в підтримці сталості внутрішнього середовища організму людини?

Буферна система

Завдяки властивості напівпроникності через зовнішню мембрану в клітку постійно надходять різні речовини, висока концентрація яких може негативно позначитися на її життєдіяльності. Щоб нейтралізувати надлишок токсичних іонів, цитоплазму, разом з катіонами натрію, калію, кальцію, містить кислотні залишки карбонатної, сульфітної та фосфорної кислот. Вони здатні вступати в реакції з надуттям іонів, які потрапили в клітку, і контролювати сталість внутрішньоклітинного вмісту. Буферна система, крім іонів слабких кислот, обов'язково включає аніони NRO42- і N2RO4-, що містять фосфор. В організмі людини він у складі буферної системи забезпечує фізіологічно нормальне протікання реакцій обміну речовин на клітинному рівні.

Окислювальне фосфорилювання

Розщеплення органічних сполук у клітці має назву аеробного дихання. Місце його проведення - мітохондрії. На внутрішніх складках - крістах органелл - розташовані комплекси ферментів. Наприклад, система АТФ-азу містить молекулі- переносники електронів. Завдяки реакціям, що каталізуються за допомогою ферментів, з АДФ і вільних молекул фосфорної кислоти синтезується АТФ - універсальна енергетична речовина клітин, витрачається на їх розмноження, ріст, рух. Його освіту можна представити у вигляді спрощеної схеми реакції: АДФ + Ф = АТФ. Потім молекули аденозинтрифосфорної кислоти акумулюються в цитоплазмі. Вони служать джерелом енергії для здійснення механічної роботи, наприклад, в м'язовій системі і в реакціях пластичного обміну. Отже, фосфор в організмі людини відіграє провідну роль у процесах обміну енергії.

Фосфодіефірні зв "язки молекул спадковості

Високий вміст атомарного фосфору реєструється в клітинному ядрі, оскільки елемент входить до складу нуклеїнових кислот. Відкриті ще в 19 столітті швейцарським вченим Ф. Мішером, вони являють собою біополімери і складаються з мономерів - нуклеотидів. Фосфор присутній як у самих пуринових і піримідинових підставах, так і у зв'язках, що формують ланцюги РНК і суперспіраль ДНК. Мономери нуклеїнових кислот здатні утворювати полімерні структури завдяки виникненню ковалентних зв'язків між пентозою і залишками фосфорної кислоти поруч лежачих нуклеотидів. Вони називаються фосфодіефірними. Деструкція молекул ДНК і РНК, що виникає в клітинах людини під впливом жорсткого гамма-випромінювання або внаслідок отруєння токсичними речовинами, відбувається через розрив фосфодіефірних зв'язків. Вона призводить клітини до загибелі.

Біологічні мембрани

Структури, що обмежують внутрішній вміст клітини, також мають у своєму складі фосфор. В організмі людини до 40% сухої маси тіла припадає на сполуки, що містять фосфоліпіди і фосфопротеїди. Вони є головними компонентами мембранного шару, в якому присутні ще й такі речовини, як білки і вуглеводи. Високий вміст фосфору характерний для оболонок нейроцитів і їх відростків - дендритів і аксона. Фосфоліпіди надають мембранам пластичності, а завдяки наявності молекул холестерину ще й міцності. Вони також відіграють роль вторинних посередників - сигнальних молекул, які є активаторами ефекторних білків, що беруть участь у проведенні нервового імпульсу.

Паращитоподібні залози та їхня роль в обміні фосфору

Схожі на горошини, що лежать на обох частках щитоподібної залози і мають вагу по 0,5-0,8 г кожна, навколощитоподібні залози секретують паратгормон. Він регулює обмін таких елементів, як кальцій і фосфор, в організмі людини. Функції їх полягають у впливі на остеоцити і остеобласти - клітини кісткової системи, які під впливом гормону починають виділяти солі фосфорної кислоти в позаклітинну рідину. При гіперфункції паращитовидних залоз кістки людини втрачають міцність, розм'якшуються і руйнуються, вміст фосфору в них різко падає. У цей час підвищується ризик переломів хребта, кісток тазу і стегна, що загрожують життю хворого. Одночасно зростає кількість кальцію. Це призводить до гіперкальціємії з симптомами ураження периферичних нервів і падіння тонусу скелетних м'язів. Паратгормон діє і на нирки, зменшуючи реабілітсорбцію солей фосфору з первинної сечі. Підвищення вмісту фосфатів у тканинах нирок є причиною гіперфосфатурії та утворення каменів.

Мінеральний склад кісткової тканини

Твердість, міцність і еластичність опорної системи залежить від хімічного складу клітин кісткової тканини. Остеоцити містять як органічні сполуки, наприклад білок осеїн, так і неорганічні речовини, що містять фосфорнокислі солі кальцію і магнію. З віком у людини кількість мінеральних компонентів, таких як гідроксилапатити, в остеоцитах і остеобластах зростає. Аномальна мінералізація кісткової тканини, накопичення солей кальцію і надлишок фосфору в організмі людини призводять до втрати еластичності та міцності всіх відділів скелета, тому літні люди частіше піддаються небезпеці травм і переломів.

Перетворення з "єднань фосфору в організмі людини

фосфорвмісних речовин.Гормони навколощитоподібної залозиНайбільша травна залоза в організмі людини - печінка - відіграє провідну роль у реакціях обміну і вітамін Д також впливають на ці процеси. Добова потреба елементу для дорослих становить 1,0-2, 0 грама, для дітей і підлітків - до 2,5 г. Фосфор у вигляді легко засвоюваних солей, а також в комплексах з білками і вуглеводами надходить в людський організм з їжею.

Насичені ним насіння соняшнику, гарбузи, конопель. У продуктах тваринного походження фосфору багато в курячій печінці, яловичині, твердих сортах сиру, рибі. Надлишок фосфору в організмі може виникнути внаслідок порушення реабілітсорбційної функції нирок, неправильного застосування вітамінів, нестачі кальцію в продуктах харчування. Негативний вплив фосфору на організм людини проявляється насамперед у ураженні серцево-судинної системи, нирок і кісткового апарату і може свідчити про серйозні порушення обміну речовин.