بیوشیمی شاخه ای از زیست شناسی است که ترکیب شیمیایی سلول های فردی و کل ارگانیسم را مطالعه می کند. مشخص است که تقریباً 98 درصد از محتویات سلولی شامل اتم های اکسیژن، کربن، نیتروژن و هیدروژن است. این عناصر شیمیایی را ارگانوژن می نامند. 1.8٪ بر روی پتاسیم، سدیم، منیزیم، کلر، فسفر می افتد. در بدن انسان، آنها بخشی از نمک های معدنی هستند و به شکل یون های ساده یا پیچیده هستند و روند طبیعی واکنش های متابولیک را تضمین می کنند. به عنوان مثال، مهم ترین ترکیبات سلولی مسئول انتقال صفات ارثی - اسیدهای نوکلئیک - حاوی آنیون های باقیمانده اسید اورتوفسفریک اسید هستند.
یون های حاوی فسفر نیز در مولکول های ATP گنجانده شده اند که تامین انرژی سلول ها به آن بستگی دارد. در این مقاله به بیان مثال هایی می پردازیم که این مهم را تایید می کندنقش فسفر در بدن انسان و تاثیر آن بر متابولیسم.
پیوندهای قطبی کووالانسی و معنای آنها
اساس ساختار مواد آلی تشکیل دهنده ماده زنده، توانایی مولکول های آنها برای ایجاد نوع خاصی از پیوند شیمیایی است. قطبی کووالانسی نامیده می شود و با ایجاد بین اتم های غیر فلزات، ویژگی های شیمیایی اصلی ترکیبات را تعیین می کند. بیوشیمی، با مطالعه ترکیب مولکول های مواد وارد شده به سلول های گیاهان، قارچ ها، حیوانات، ترکیب شیمیایی آنها را تعیین کرد. معلوم شد که آنها علاوه بر نیتروژن، کربن، اکسیژن، فسفر نیز دارند. در بدن انسان، در حالت آزاد وجود ندارد، زیرا یک ماده بسیار سمی است. بنابراین، در سیستم های زنده، عنصر به شکل آنیون های متا، ارتو یا پیروفسفریک اسید است که توانایی ایجاد پیوند با کاتیون های فلزی را دارند. در چه موادی از سلول می توان آنها را یافت؟
فسفر در مولکولهای آلی پیچیده
پروتئین های سیستم اسکلتی، هورمون ها، ویتامین ها و لیپیدها ترکیبات پیچیده ای را با یون های پیچیده حاوی فسفر تشکیل می دهند. در بدن انسان ترکیبات پیچیده ای وجود دارد - فسفولیپیدها و فسفوپروتئین ها، که بخشی از مولکول های مواد فعال بیولوژیکی - آنزیم ها و استروئیدها هستند. پیوندهای قطبی کووالانسی در نوکلئوتیدهای DNA و RNA باعث تشکیل پیوندهای فسفودی استر در زنجیره های اسید نوکلئیک می شوند. چرا فسفر در بدن انسان مورد نیاز است و چه وظایفی در متابولیسم دارد؟ اجازه دهید ابتدا این سوال را در سطح سلولی سازمان در نظر بگیریم.
جایگاه فسفر در ترکیب عنصری سلول
با توجه به محتوای موجود در سیتوپلاسم و اندامک ها (0.2-1%)، غیر فلزات پس از عناصر آلی در جایگاه چهارم قرار دارند. بیشترین اشباع با ترکیبات فسفر سلول های سیستم اسکلتی عضلانی - استئوسیت ها، ماده بافت دندان - عاج هستند. محتوای آنها دارای نورون ها و نوروگلیا است که سیستم عصبی را تشکیل می دهند. اتم های فسفر در پروتئین های غشایی، اسیدهای نوکلئیک و مواد انرژی بر - ATP آدنوزین تری فسفریک اسید و به شکل احیا شده نیکوتین آمید دی نوکلئوتید فسفات - NADP×H2 یافت می شوند. همانطور که می بینید، در بدن انسان، فسفر در تمام ساختارهای حیاتی یافت می شود: سلول ها، بافت ها، سیستم های فیزیولوژیکی.
شناخته شده است که سطح هموستاز یک سلول، که یک سیستم بیولوژیکی باز است، به غلظت یون های مختلف در هیالوپلاسم و مایع بین سلولی بستگی دارد. نقش فسفر در حفظ ثبات محیط داخلی بدن انسان چیست؟
سیستم بافر
به دلیل خاصیت نیمه نفوذپذیری از طریق غشای خارجی، مواد مختلفی به طور مداوم وارد سلول می شود که غلظت بالای آنها می تواند بر فعالیت حیاتی آن تأثیر نامطلوب بگذارد. برای خنثی کردن بیش از حد یون های سمی، سیتوپلاسم همراه با کاتیون های سدیم، پتاسیم، کلسیم حاوی بقایای اسیدی کربنات، سولفیت و اسیدهای فسفریک است. آنها قادر به واکنش با یون های اضافی وارد شده به سلول هستند و ثبات محتویات داخل سلولی را کنترل می کنند. سیستم بافر، علاوه بر یون های اسیدهای ضعیف، لزوماً شامل آنیون ها نیز می شودNRO42- و N2RO4 - حاوی فسفر. در بدن انسان، به عنوان بخشی از سیستم بافر، سیر طبیعی فیزیولوژیکی واکنش‌های متابولیک را در سطح سلولی تضمین می‌کند.
فسفوریلاسیون اکسیداتیو
تجزیه ترکیبات آلی در سلول را تنفس هوازی می نامند. محل آن میتوکندری است. مجتمع های آنزیمی در چین های داخلی - کریستای اندامک ها قرار دارند. به عنوان مثال، سیستم ATP-ase حاوی مولکول های حامل الکترون است. به لطف واکنش های کاتالیز شده توسط آنزیم ها، ATP از ADP و مولکول های آزاد اسید فسفریک - ماده انرژی جهانی سلول ها که صرف تولید مثل، رشد و حرکت آنها می شود - سنتز می شود. تشکیل آن را می توان به عنوان یک طرح واکنش ساده نشان داد: ADP + F=ATP. سپس مولکول های آدنوزین تری فسفریک اسید در سیتوپلاسم تجمع می یابند. آنها به عنوان منبع انرژی برای انجام کارهای مکانیکی، به عنوان مثال، در سیستم عضلانی و در واکنش های تبادل پلاستیک عمل می کنند. در نتیجه، فسفر در بدن انسان نقش اصلی را در متابولیسم انرژی ایفا می کند.
پیوندهای فسفودی استر مولکولهای وراثتی
مقدار زیادی فسفر اتمی در هسته سلول ثبت شده است، زیرا این عنصر بخشی از اسیدهای نوکلئیک است. آنها در قرن نوزدهم توسط دانشمند سوئیسی F. Miescher کشف شدند، آنها پلیمرهای زیستی هستند و از مونومرها - نوکلئوتیدها تشکیل شده اند. فسفر موجودهم در خود بازهای پورین و پیریمیدین و هم در پیوندهایی که زنجیره های RNA و ابرکویل DNA را تشکیل می دهند. مونومرهای اسید نوکلئیک به دلیل پیدایش پیوندهای کووالانسی بین بقایای پنتوز و اسید فسفریک نوکلئوتیدهای مجاور قادر به تشکیل ساختارهای پلیمری هستند. آنها فسفودیستر نامیده می شوند. تخریب مولکول های DNA و RNA که در سلول های انسانی تحت تأثیر تشعشعات گامای سخت یا در نتیجه مسمومیت با مواد سمی رخ می دهد، به دلیل شکستن پیوندهای فسفودی استر رخ می دهد. باعث مرگ سلول ها می شود.
غشاهای بیولوژیکی
ساختارهایی که محتویات داخلی سلول را محدود می کنند نیز حاوی فسفر هستند. در بدن انسان تا 40 درصد وزن خشک بدن بر روی ترکیبات حاوی فسفولیپیدها و فسفوپروتئین ها قرار می گیرد. آنها اجزای اصلی لایه غشایی هستند که حاوی موادی مانند پروتئین و کربوهیدرات نیز می باشد. محتوای بالای فسفر مشخصه غشای سلول های عصبی و فرآیندهای آنها - دندریت ها و آکسون ها است. فسفولیپیدها به غشاها انعطاف پذیری می دهند و به دلیل وجود مولکول های کلسترول، استحکام را نیز به همراه دارند. آنها همچنین نقش پیام رسان های دوم را ایفا می کنند - مولکول های سیگنالی که فعال کننده های پروتئین های مؤثر درگیر در هدایت یک تکانه عصبی هستند.
غدد پاراتیروئید و نقش آنها در متابولیسم فسفر
غدد پاراتیروئید شبیه نخود، روی هر دو لوب غده تیروئید خوابیده و وزن هر کدام ۰.۵ تا ۰.۸ گرم است، غدد پاراتیروئید هورمون پاراتیروئید ترشح می کنند. تبادل عناصری مانندکلسیم و فسفر در بدن انسان. عملکرد آنها بر روی استئوسیت ها و استئوبلاست ها - سلول های سیستم اسکلتی است که تحت تأثیر هورمون شروع به ترشح نمک های اسید فسفریک در مایع خارج سلولی می کنند. با عملکرد بیش از حد غدد پاراتیروئید، استخوان های انسان استحکام خود را از دست می دهند، نرم می شوند و فرو می ریزند، محتوای فسفر در آنها به شدت کاهش می یابد. در این زمان خطر شکستگی ستون فقرات، استخوان های لگن و لگن که زندگی بیمار را تهدید می کند، افزایش می یابد. در عین حال میزان کلسیم افزایش می یابد. این منجر به هیپرکلسمی با علائم آسیب عصب محیطی و کاهش تون عضلات اسکلتی می شود. هورمون پاراتیروئید روی کلیه ها نیز اثر می گذارد و بازجذب نمک های فسفر از ادرار اولیه را کاهش می دهد. افزایش فسفات در بافت های کلیه باعث هیپرفسفاتوری و تشکیل سنگ می شود.
ترکیب معدنی استخوان
سختی، استحکام و قابلیت ارتجاعی سیستم پشتیبانی به ترکیب شیمیایی سلول های بافت استخوانی بستگی دارد. استئوسیت ها هم دارای ترکیبات آلی مانند پروتئین اوسین و هم مواد معدنی حاوی نمک های کلسیم و فسفات منیزیم هستند. با افزایش سن، میزان مواد معدنی مانند هیدروکسی آپاتیت ها در استئوسیت ها و استئوبلاست ها افزایش می یابد. معدنی شدن غیرطبیعی بافت استخوان، تجمع املاح کلسیم و فسفر اضافی در بدن انسان منجر به از بین رفتن خاصیت ارتجاعی و استحکام تمام قسمت های اسکلت می شود، بنابراین افراد مسن بیشتر در معرض خطر آسیب و شکستگی قرار دارند.
تبدیل ترکیبات فسفر در بدنانسان
بزرگترین غده گوارشی بدن انسان - کبد - نقش اصلی را در متابولیسم مواد حاوی فسفر ایفا می کند. هورمون های پاراتیروئید و ویتامین D نیز بر این فرآیندها تأثیر می گذارند. نیاز روزانه عنصر برای بزرگسالان 1.0-2.0 گرم است، برای کودکان و نوجوانان - تا 2.5 گرم فسفر به شکل نمک های به راحتی قابل هضم، و همچنین در مجتمع های پروتئین و کربوهیدرات، با غذا وارد بدن انسان می شود.
آفتابگردان، کدو تنبل، دانه شاهدانه از آن اشباع شده است. در محصولات حیوانی جگر مرغ، گوشت گاو، پنیرهای سفت و ماهی فسفر زیادی وجود دارد. بیش از حد فسفر در بدن می تواند در نتیجه نقض عملکرد بازجذب کلیه ها، استفاده نادرست از ویتامین ها و کمبود کلسیم در غذا رخ دهد. تأثیر منفی فسفر بر بدن انسان در درجه اول در آسیب به سیستم قلبی عروقی، کلیه ها و دستگاه استخوان آشکار می شود و ممکن است نشان دهنده اختلالات جدی متابولیک باشد.
