الكيمياء الحيوية هي فرع من فروع علم الأحياء يدرس التركيب الكيميائي لكل من الخلايا الفردية والكائن الحي بأكمله. من المعروف أن ما يقرب من 98٪ من محتويات الخلايا تشمل ذرات الأكسجين والكربون والنيتروجين والهيدروجين. تسمى هذه العناصر الكيميائية العضوية. 1.8٪ يقع على البوتاسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والكلور والفوسفور. في جسم الإنسان ، فهي جزء من الأملاح المعدنية ولها شكل أيونات بسيطة أو معقدة ، مما يضمن المسار الطبيعي لتفاعلات التمثيل الغذائي. على سبيل المثال ، تحتوي أهم مركبات الخلايا المسؤولة عن نقل الصفات الوراثية - الأحماض النووية - على أنيونات البقايا الحمضية لحمض الفوسفوريك.
يتم تضمين الأيونات المحتوية على الفوسفور أيضًا في جزيئات ATP ، والتي يعتمد عليها تزويد الخلايا بالطاقة. في هذه المقالة سوف نقدم أمثلة تؤكد الأهمية دور الفسفور في جسم الانسان و تأثيره على التمثيل الغذائي
الروابط القطبية التساهمية ومعناها
أساس بنية المواد العضوية التي تتكون منها المادة الحية هو قدرة جزيئاتها على تكوين نوع معين من الروابط الكيميائية. يطلق عليه القطب التساهمي ، وينشأ بين ذرات غير المعادن ، ويحدد الخصائص الكيميائية الرئيسية للمركبات. الكيمياء الحيوية ، بدراسة تكوين جزيئات المواد التي تدخل خلايا النباتات والفطريات والحيوانات ، حددت تركيبها الكيميائي. اتضح أنه بالإضافة إلى النيتروجين والكربون والأكسجين ، فإنها تحتوي أيضًا على الفوسفور. في جسم الإنسان ، لا يحدث في حالة حرة ، لأنه مادة شديدة السمية. لذلك ، في النظم الحية ، يكون للعنصر شكل أنيونات حمض الفوسفوريك أو حمض الفوسفوريك ، والتي لديها القدرة على تكوين روابط مع الكاتيونات المعدنية. في أي مواد من الخلية يمكن العثور عليها؟
الفوسفور في الجزيئات العضوية المعقدة
بروتينات الهيكل العظمي والهرمونات والفيتامينات والدهون تشكل مركبات معقدة مع أيونات معقدة تحتوي على الفوسفور. يوجد في جسم الإنسان مركبات معقدة - الدهون الفوسفورية والبروتينات الفوسفاتية ، وهي جزء من جزيئات المواد النشطة بيولوجيًا - الإنزيمات والمنشطات. توفر الروابط القطبية التساهمية في نيوكليوتيدات DNA و RNA تكوين روابط phosphodiester في سلاسل الأحماض النووية. لماذا يحتاج جسم الإنسان إلى الفوسفور وما هي وظائفه في عملية التمثيل الغذائي؟ لنفكر أولاً في هذا السؤال على المستوى الخلوي للتنظيم.
مكان الفوسفور في التكوين العنصري للخلية
وفقًا للمحتوى الموجود في السيتوبلازم والعضيات (0.2-1٪) ، يحتل اللافلز المرتبة الرابعة بعد العناصر العضوية. الأكثر تشبعًا بمركبات الفوسفور هي خلايا الجهاز العضلي الهيكلي - الخلايا العظمية ، مادة أنسجة الأسنان - العاج. محتواها مرتفع في الخلايا العصبية والنشويات العصبية التي تشكل الجهاز العصبي. تم العثور على ذرات الفوسفور في البروتينات الغشائية ، والأحماض النووية والمواد كثيفة الطاقة - ATP أدينوسين ثلاثي حمض الفوسفوريك وفي شكل مخفض من نيكوتيناميد فوسفات ثنائي النوكليوتيد - NADP × H2. كما ترون ، في جسم الإنسان ، يوجد الفوسفور في جميع الهياكل الحيوية: الخلايا والأنسجة والأنظمة الفسيولوجية.
من المعروف أن مستوى التوازن في الخلية ، وهو نظام بيولوجي مفتوح ، يعتمد على تركيز الأيونات المختلفة في الهيالوبلازم والسائل بين الخلايا. ما هي وظيفة الفسفور في الحفاظ على ثبات البيئة الداخلية لجسم الإنسان؟
نظام عازلة
نظرًا لخاصية شبه نفاذية من خلال الغشاء الخارجي ، تدخل مواد مختلفة الخلية باستمرار ، والتي يمكن أن يؤثر التركيز العالي منها سلبًا على نشاطها الحيوي. لتحييد فائض الأيونات السامة ، يحتوي السيتوبلازم مع كاتيونات الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم على بقايا حمض الكربونات والكبريتيت والفوسفوريك. إنهم قادرون على التفاعل مع فائض من الأيونات التي دخلت الخلية والتحكم في ثبات المحتويات داخل الخلايا. يشتمل نظام العازلة ، بالإضافة إلى أيونات الأحماض الضعيفة ، بالضرورة على الأنيوناتNRO42-و N2RO4-تحتوي على الفوسفور. في جسم الإنسان ، كجزء من نظام العازلة ، فإنه يضمن المسار الطبيعي من الناحية الفسيولوجية للتفاعلات الأيضية على المستوى الخلوي.
الفسفرة المؤكسدة
انهيار المركبات العضوية في الخلية يسمى التنفس الهوائي. موقعه هو الميتوكوندريا. توجد مجمعات الإنزيمات على الطيات الداخلية - كرستيات العضيات. على سبيل المثال ، يحتوي نظام ATP-ase على جزيئات حامل الإلكترون. بفضل التفاعلات التي تحفزها الإنزيمات ، يتم تصنيع ATP من ADP والجزيئات الحرة من حمض الفوسفوريك - مادة الطاقة الشاملة للخلايا ، والتي يتم إنفاقها على تكاثرها ونموها وحركتها. يمكن تمثيل تكوينه كمخطط تفاعل مبسط: ADP + F=ATP. ثم تتراكم جزيئات حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك في السيتوبلازم. إنها بمثابة مصدر للطاقة لأداء الأعمال الميكانيكية ، على سبيل المثال ، في الجهاز العضلي وفي تفاعلات التبادل البلاستيكي. وبالتالي ، يلعب الفوسفور في جسم الإنسان دورًا رائدًا في استقلاب الطاقة.
روابط فوسفوديستر لجزيئات الوراثة
يتم تسجيل نسبة عالية من الفسفور الذري في نواة الخلية ، حيث أن العنصر جزء من الأحماض النووية. اكتشفها العالم السويسري F. Miescher في القرن التاسع عشر ، وهي بوليمرات حيوية وتتكون من مونومرات - نيوكليوتيدات. الفوسفور موجودفي كل من قواعد البيورين والبيريميدين نفسها ، وفي الروابط التي تشكل سلاسل الحمض النووي الريبي وفائق الحمض النووي. مونومرات الحمض النووي قادرة على تكوين هياكل بوليمرية بسبب ظهور الروابط التساهمية بين بقايا حمض البنتوز والفوسفوريك للنيوكليوتيدات المجاورة. يطلق عليهم phosphodiesters. يحدث تدمير جزيئات الحمض النووي والحمض النووي الريبي الذي يحدث في الخلايا البشرية تحت تأثير أشعة جاما الصلبة أو نتيجة للتسمم بالمواد السامة بسبب كسر روابط الفوسفوديستر. يسبب موت الخلايا.
أغشية بيولوجية
الهياكل التي تحد من المحتويات الداخلية للخلية تحتوي أيضًا على الفوسفور. في جسم الإنسان ، يقع ما يصل إلى 40٪ من وزن الجسم الجاف على المركبات التي تحتوي على الدهون الفوسفورية والبروتينات الفوسفورية. وهي المكونات الرئيسية لطبقة الغشاء ، والتي تحتوي أيضًا على مواد مثل البروتينات والكربوهيدرات. نسبة عالية من الفوسفور هي سمة من سمات أغشية الخلايا العصبية وعملياتها - التشعبات والمحاور. تعطي الفسفوليبيدات الأغشية اللدونة ، وبسبب وجود جزيئات الكوليسترول ، فإنها أيضًا قوة. كما أنها تلعب دور المرسل الثاني - جزيئات الإشارة التي تعمل على تنشيط البروتينات المستجيبة المشاركة في توصيل النبضات العصبية.
الغدد الجار درقية ودورها في استقلاب الفوسفور
تشبه البازلاء ، مستلقية على فصوص الغدة الدرقية ويزن كل منهما 0.5-0.8 جرام ، تفرز الغدد جارات الدرقية هرمون الغدة الجار درقية. ينظم تبادل العناصر مثلالكالسيوم والفوسفور في جسم الإنسان. وظائفهم هي العمل على الخلايا العظمية وبانيات العظم - خلايا الجهاز الهيكلي ، والتي ، تحت تأثير الهرمون ، تبدأ في إطلاق أملاح حمض الفوسفوريك في السائل خارج الخلية. مع فرط نشاط الغدد الجار درقية ، تفقد عظام الإنسان قوتها وتلين وتنهار ، وينخفض محتوى الفوسفور فيها بشكل حاد. في هذا الوقت ، يزداد خطر حدوث كسور في العمود الفقري وعظام الحوض والوركين ، مما يهدد حياة المريض. في نفس الوقت تزداد كمية الكالسيوم. هذا يؤدي إلى فرط كالسيوم الدم مع أعراض تلف الأعصاب المحيطية وانخفاض في قوة العضلات والهيكل العظمي. يعمل هرمون الغدة الجار درقية أيضًا على الكلى ، مما يقلل من امتصاص أملاح الفوسفور من البول الأساسي. تؤدي زيادة الفوسفات في أنسجة الكلى إلى فرط فوسفات البيلة وتكوين حصوات.
تكوين العظام المعدنية
تعتمد صلابة وقوة ومرونة نظام الدعم على التركيب الكيميائي لخلايا أنسجة العظام. تحتوي الخلايا العظمية على مركبات عضوية ، مثل بروتين أوسين ، ومواد غير عضوية تحتوي على أملاح فوسفات الكالسيوم والمغنيسيوم. كلما تقدم الإنسان في العمر ، تزداد كمية المكونات المعدنية ، مثل هيدروكسيباتيت ، في الخلايا العظمية وبانيات العظم. تمعدن غير طبيعي لأنسجة العظام وتراكم أملاح الكالسيوم والفوسفور الزائد في جسم الإنسان يؤدي إلى فقدان مرونة وقوة جميع أجزاء الهيكل العظمي ، لذلك يكون كبار السن أكثر عرضة للإصابة والكسور.
تحول مركبات الفوسفور في الجسمالإنسان
تلعب أكبر غدة هضمية في جسم الإنسان - الكبد - دورًا رائدًا في استقلاب المواد المحتوية على الفوسفور. تؤثر هرمونات الغدة الدرقية وفيتامين د أيضًا على هذه العمليات. المتطلبات اليومية للعنصر للبالغين هي 1.0-2.0 جرام ، للأطفال والمراهقين - ما يصل إلى 2.5 جرام.فوسفور في شكل أملاح سهلة الهضم ، وكذلك في مجمعات تحتوي على البروتينات والكربوهيدرات ، يدخل جسم الإنسان بالطعام.
عباد الشمس واليقطين وبذور القنب مشبعة به. يوجد الكثير من الفوسفور في المنتجات الحيوانية في كبد الدجاج ولحم البقر والجبن الصلب والأسماك. يمكن أن يحدث فائض من الفوسفور في الجسم نتيجة لانتهاك وظيفة إعادة امتصاص الكلى ، والاستخدام غير السليم للفيتامينات ، ونقص الكالسيوم في الطعام. يتجلى التأثير السلبي للفوسفور على جسم الإنسان في المقام الأول في الأضرار التي لحقت بالجهاز القلبي الوعائي والكلى وجهاز العظام وقد يشير إلى اضطرابات التمثيل الغذائي الخطيرة.
