Hóa sinh là một nhánh của sinh học nghiên cứu thành phần hóa học của cả tế bào riêng lẻ và toàn bộ sinh vật. Người ta biết rằng gần 98% nội dung tế bào bao gồm các nguyên tử oxy, carbon, nitơ và hydro. Các nguyên tố hóa học này được gọi là chất hữu cơ. 1,8% rơi vào kali, natri, magiê, clo, phốt pho. Trong cơ thể con người, chúng là một phần của muối khoáng và có dạng ion đơn giản hoặc phức tạp, đảm bảo quá trình bình thường của các phản ứng trao đổi chất. Ví dụ, các hợp chất tế bào quan trọng nhất chịu trách nhiệm truyền các tính trạng di truyền - axit nucleic - chứa anion gốc axit của axit orthophosphoric.
Các ion chứa phốt pho cũng được bao gồm trong các phân tử ATP, mà việc cung cấp năng lượng cho tế bào phụ thuộc vào đó. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đưa ra các ví dụ xác nhậnvai trò của phốt pho trong cơ thể con người và ảnh hưởng của nó đối với quá trình trao đổi chất.
Liên kết phân cực cộng hóa trị và ý nghĩa của chúng
Cơ sở cấu trúc của các chất hữu cơ tạo nên vật chất sống là khả năng các phân tử của chúng tạo thành một loại liên kết hóa học nhất định. Nó được gọi là cực cộng hóa trị và, phát sinh giữa các nguyên tử của phi kim loại, xác định các đặc điểm hóa học chính của các hợp chất. Hóa sinh, nghiên cứu thành phần của các phân tử của các chất xâm nhập vào tế bào của thực vật, nấm, động vật, thiết lập thành phần hóa học của chúng. Hóa ra, ngoài nitơ, cacbon, oxy, chúng còn bao gồm cả phốt pho. Trong cơ thể con người, nó không xảy ra ở trạng thái tự do, vì nó là một chất có độc tính cao. Do đó, trong các hệ thống sống, nguyên tố có dạng anion của axit meta-, ortho- hoặc pyrophosphoric, có khả năng tạo liên kết với các cation kim loại. Chúng có thể được tìm thấy trong những chất nào của tế bào?
Phốt pho trong các phân tử hữu cơ phức tạp
Protein của hệ xương, nội tiết tố, vitamin và lipid tạo thành các hợp chất phức tạp với các ion phức chứa phốt pho. Trong cơ thể con người có các hợp chất phức tạp - phospholipid và phosphoprotein, là một phần của phân tử các chất hoạt động sinh học - các enzym và steroid. Liên kết phân cực cộng hóa trị trong nucleotide DNA và RNA cung cấp sự hình thành liên kết phosphodiester trong chuỗi axit nucleic. Tại sao phốt pho cần thiết trong cơ thể con người và chức năng của nó trong quá trình trao đổi chất là gì? Trước tiên, chúng ta hãy xem xét câu hỏi này ở cấp độ tổ chức tế bào.
Vị trí của phốt pho trong thành phần nguyên tố của tế bào
Theo hàm lượng trong tế bào chất và bào quan (0,2-1%), phi kim loại đứng ở vị trí thứ tư sau các nguyên tố sinh cơ. Bão hòa hợp chất photpho nhiều nhất là tế bào của hệ cơ - xương - tế bào, chất của mô răng - ngà. Hàm lượng của chúng chứa nhiều tế bào thần kinh và tế bào thần kinh, tạo nên hệ thần kinh. Nguyên tử phốt pho được tìm thấy trong protein màng, axit nucleic và các chất sử dụng nhiều năng lượng - ATP adenosine axit triphosphoric và ở dạng khử nicotinamide dinucleotide phosphate - NADP × H2. Như bạn có thể thấy, trong cơ thể con người, phốt pho được tìm thấy trong tất cả các cấu trúc quan trọng: tế bào, mô, hệ thống sinh lý.
Người ta biết rằng mức độ cân bằng nội môi của tế bào, là một hệ thống sinh học mở, phụ thuộc vào nồng độ của các ion khác nhau trong hyaloplasm và dịch gian bào. Chức năng của phốt pho trong việc duy trì sự ổn định của môi trường bên trong cơ thể người là gì?
Hệ thống đệm
Do đặc tính bán thấm qua màng ngoài, các chất khác nhau liên tục xâm nhập vào tế bào, nồng độ cao có thể ảnh hưởng xấu đến hoạt động sống của nó. Để trung hòa lượng dư các ion độc hại, tế bào chất cùng với các cation natri, kali, canxi, chứa dư lượng axit của axit cacbonat, sunfit và axit photphoric. Chúng có thể phản ứng với lượng ion dư thừa đã xâm nhập vào tế bào và kiểm soát sự ổn định của các chất nội bào. Hệ đệm, ngoài các ion của axit yếu, nhất thiết phải bao gồm các anionNRO42-và N2RO4-chứa phốt pho. Trong cơ thể con người, là một phần của hệ thống đệm, nó đảm bảo quá trình sinh lý bình thường của các phản ứng trao đổi chất ở cấp độ tế bào.
Quá trình phosphoryl hóa oxy hóa
Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tế bào được gọi là hô hấp hiếu khí. Vị trí của nó là ty thể. Các phức hợp enzyme nằm trên các nếp gấp bên trong - điểm mấu chốt của các bào quan. Ví dụ, hệ thống ATP-ase chứa các phân tử mang điện tử. Nhờ các phản ứng được xúc tác bởi các enzym, ATP được tổng hợp từ ADP và các phân tử tự do của axit photphoric - chất năng lượng phổ quát của tế bào, được sử dụng cho quá trình sinh sản, tăng trưởng và vận động của chúng. Sự hình thành của nó có thể được biểu diễn dưới dạng một sơ đồ phản ứng đơn giản hóa: ADP + F=ATP. Sau đó, các phân tử axit adenosine triphosphoric tích tụ trong tế bào chất. Chúng phục vụ như một nguồn năng lượng để thực hiện công việc cơ học, ví dụ, trong hệ thống cơ bắp và trong các phản ứng trao đổi chất dẻo. Do đó, phốt pho trong cơ thể con người đóng vai trò hàng đầu trong quá trình chuyển hóa năng lượng.
Liên kết photphodiester của các phân tử di truyền
Hàm lượng phốt pho nguyên tử cao được ghi nhận trong nhân tế bào, vì nguyên tố này là một phần của axit nucleic. Được phát hiện từ thế kỷ 19 bởi nhà khoa học Thụy Sĩ F. Miescher, chúng là những chất tạo màng sinh học và bao gồm các đơn phân - nucleotide. Hiện tại phốt phocả trong bản thân các gốc purine và pyrimidine, và trong các liên kết hình thành chuỗi RNA và siêu mạch DNA. Các monome axit nucleic có khả năng hình thành cấu trúc polyme do sự xuất hiện của liên kết cộng hóa trị giữa axit pentose và gốc axit photphoric của các nucleotide liền kề. Chúng được gọi là phosphodiesters. Sự phá hủy các phân tử DNA và RNA xảy ra trong tế bào người dưới ảnh hưởng của bức xạ gamma cứng hoặc do ngộ độc các chất độc hại xảy ra do sự phá vỡ các liên kết phosphodiester. Nó làm cho các tế bào chết.
Màng sinh học
Cấu trúc giới hạn bên trong tế bào cũng chứa phốt pho. Trong cơ thể con người, có tới 40% trọng lượng cơ thể khô rơi vào các hợp chất có chứa phospholipid và phosphoprotein. Chúng là thành phần chính của lớp màng, lớp màng này cũng chứa các chất như protein và carbohydrate. Hàm lượng phốt pho cao là đặc trưng của màng tế bào thần kinh và các quá trình của chúng - đuôi gai và sợi trục. Phospholipid làm cho màng có độ dẻo và do sự hiện diện của các phân tử cholesterol, nên cũng có sức mạnh. Chúng cũng đóng vai trò của sứ giả thứ hai - các phân tử truyền tín hiệu là chất kích hoạt các protein hiệu ứng liên quan đến việc dẫn truyền xung thần kinh.
Các tuyến cận giáp và vai trò của chúng trong quá trình chuyển hóa phốt pho
Hạt đậu giống hình hạt đậu, nằm trên cả hai thùy của tuyến giáp và nặng 0,5-0,8 g mỗi thùy, tuyến cận giáp tiết ra hormone tuyến cận giáp. Nó điều chỉnh sự trao đổi của các yếu tố nhưcanxi và phốt pho trong cơ thể con người. Chức năng của chúng là hoạt động trên các tế bào xương và nguyên bào xương - các tế bào của hệ xương, dưới ảnh hưởng của hormone, bắt đầu giải phóng các muối của axit photphoric vào dịch ngoại bào. Với sự hoạt động của tuyến cận giáp, xương của con người mất đi sức mạnh, mềm và xẹp xuống, hàm lượng phốt pho trong đó giảm mạnh. Lúc này, nguy cơ gãy xương cột sống, xương chậu và xương hông, đe dọa đến tính mạng người bệnh càng tăng cao. Đồng thời, lượng canxi tăng lên. Điều này dẫn đến tăng calci huyết với các triệu chứng tổn thương dây thần kinh ngoại biên và giảm trương lực cơ xương. Hormone tuyến cận giáp cũng tác động lên thận, làm giảm sự tái hấp thu muối phốt pho từ nước tiểu. Sự gia tăng photphat trong các mô của thận gây ra chứng tăng photphat niệu và hình thành sỏi.
Thành phần khoáng chất trong xương
Độ cứng, độ bền và độ đàn hồi của hệ thống nâng đỡ phụ thuộc vào thành phần hóa học của tế bào mô xương. Tế bào xương chứa cả các hợp chất hữu cơ, chẳng hạn như protein ossein, và các chất vô cơ có chứa muối canxi và magiê photphat. Khi một người già đi, số lượng các thành phần khoáng chất, chẳng hạn như hydroxyapatites, trong tế bào xương và nguyên bào xương tăng lên. Sự khoáng hóa bất thường của mô xương, sự tích tụ của muối canxi và phốt pho dư thừa trong cơ thể con người dẫn đến sự mất độ đàn hồi và sức mạnh của tất cả các bộ phận của khung xương, vì vậy người cao tuổi dễ có nguy cơ bị thương và gãy xương.
Chuyển hóa các hợp chất phốt pho trong cơ thểcon người
Tuyến tiêu hóa lớn nhất trong cơ thể con người - gan - đóng vai trò hàng đầu trong quá trình chuyển hóa các chất chứa phốt pho. Hormone tuyến cận giáp và vitamin D cũng ảnh hưởng đến các quá trình này. Nhu cầu hàng ngày của nguyên tố này đối với người lớn là 1,0-2,0 gam, đối với trẻ em và thanh thiếu niên - lên đến 2,5 g. Phốt pho ở dạng muối dễ tiêu hóa, cũng như ở dạng phức hợp với protein và carbohydrate, đi vào cơ thể con người cùng với thức ăn.
Hạt hướng dương, bí ngô, hạt gai dầu được bão hòa với nó. Trong các sản phẩm động vật có nhiều phốt pho trong gan gà, thịt bò, pho mát cứng, cá. Tình trạng dư thừa phốt pho trong cơ thể có thể xảy ra do vi phạm chức năng tái hấp thu của thận, sử dụng vitamin không đúng cách và thiếu canxi trong thực phẩm. Tác động tiêu cực của phốt pho đối với cơ thể con người được thể hiện chủ yếu ở việc gây hại cho hệ thống tim mạch, thận và bộ máy xương và có thể chỉ ra các rối loạn chuyển hóa nghiêm trọng.
