Bioquímica é um ramo da biologia que estuda a composição química de células individuais e de todo o organismo. Sabe-se que quase 98% do conteúdo celular inclui átomos de oxigênio, carbono, nitrogênio e hidrogênio. Esses elementos químicos são chamados de organogênicos. 1,8% cai em potássio, sódio, magnésio, cloro, fósforo. No corpo humano, eles fazem parte dos sais minerais e têm a forma de íons simples ou complexos, garantindo o curso normal das reações metabólicas. Por exemplo, os compostos celulares mais importantes responsáveis pela transmissão de características hereditárias - ácidos nucleicos - contêm ânions de resíduos de ácido ortofosfórico.
Íons contendo fósforo também estão incluídos nas moléculas de ATP, das quais depende o fornecimento de energia às células. Neste artigo, daremos exemplos que confirmam a importanteo papel do fósforo no corpo humano e seu efeito no metabolismo.
Ligação polar covalente e seu significado
A base da estrutura das substâncias orgânicas que compõem a matéria viva é a capacidade de suas moléculas de formar um certo tipo de ligação química. É chamado de polar covalente e, surgindo entre os átomos dos não metais, determina as principais características químicas dos compostos. A bioquímica, estudando a composição das moléculas de substâncias que entram nas células de plantas, fungos, animais, estabeleceu sua composição química. Descobriu-se que, além de nitrogênio, carbono, oxigênio, eles também incluem fósforo. No corpo humano, não ocorre em estado livre, pois é uma substância altamente tóxica. Portanto, em sistemas vivos, o elemento tem a forma de ânions de ácido meta-, orto- ou pirofosfórico, que têm a capacidade de formar ligações com cátions metálicos. Em que substâncias da célula eles podem ser encontrados?
Fósforo em moléculas orgânicas complexas
Proteínas do sistema esquelético, hormônios, vitaminas e lipídios formam compostos complexos com íons complexos contendo fósforo. No corpo humano existem compostos complexos - fosfolipídios e fosfoproteínas, que fazem parte das moléculas de substâncias biologicamente ativas - enzimas e esteróides. As ligações polares covalentes nos nucleotídeos de DNA e RNA proporcionam a formação de ligações fosfodiéster nas cadeias de ácidos nucleicos. Por que o fósforo é necessário no corpo humano e quais são suas funções no metabolismo? Vamos primeiro considerar essa questão no nível celular da organização.
O lugar do fósforo na composição elementar da célula
De acordo com o conteúdo no citoplasma e organelas (0,2-1%), o não metal está em quarto lugar depois dos elementos organogênicos. Os mais saturados com compostos de fósforo são as células do sistema musculoesquelético - osteócitos, a substância do tecido dentário - dentina. Seu conteúdo é rico em neurônios e neuroglia, que compõem o sistema nervoso. Os átomos de fósforo são encontrados em proteínas de membrana, ácidos nucleicos e substâncias intensivas em energia - ATP ácido adenosina trifosfórico e na forma reduzida de nicotinamida dinucleotídeo fosfato - NADP×H2. Como você pode ver, no corpo humano, o fósforo é encontrado em todas as estruturas vitais: células, tecidos, sistemas fisiológicos.
Sabe-se que o nível de homeostase de uma célula, que é um sistema biológico aberto, depende da concentração de vários íons no hialoplasma e no fluido intercelular. Qual é a função do fósforo na manutenção da constância do ambiente interno do corpo humano?
Sistema de buffer
Devido à propriedade de semipermeabilidade através da membrana externa, várias substâncias entram constantemente na célula, cuja alta concentração pode afetar negativamente sua atividade vital. Para neutralizar o excesso de íons tóxicos, o citoplasma, juntamente com os cátions sódio, potássio, cálcio, contém resíduos ácidos de carbonato, sulfito e ácidos fosfóricos. Eles são capazes de reagir com um excesso de íons que entraram na célula e controlar a constância do conteúdo intracelular. O sistema tampão, além de íons de ácidos fracos, inclui necessariamente ânionsNRO42- e N2RO4 - contendo fósforo. No corpo humano, como parte do sistema tampão, garante o curso fisiologicamente normal das reações metabólicas no nível celular.
Fosforilação oxidativa
A quebra de compostos orgânicos em uma célula é chamada de respiração aeróbica. Sua localização é a mitocôndria. Os complexos enzimáticos estão localizados nas dobras internas - as cristas das organelas. Por exemplo, o sistema ATP-ase contém moléculas transportadoras de elétrons. Graças a reações catalisadas por enzimas, o ATP é sintetizado a partir de ADP e moléculas livres de ácido fosfórico - a substância energética universal das células, que é gasta em sua reprodução, crescimento e movimento. Sua formação pode ser representada como um esquema de reação simplificado: ADP + F=ATP. Em seguida, as moléculas de ácido trifosfórico de adenosina se acumulam no citoplasma. Eles servem como fonte de energia para realizar trabalho mecânico, por exemplo, no sistema muscular e nas reações de troca plástica. Consequentemente, o fósforo no corpo humano desempenha um papel importante no metabolismo energético.
Ligação fosfodiéster de moléculas de hereditariedade
Um alto teor de fósforo atômico é registrado no núcleo da célula, uma vez que o elemento faz parte dos ácidos nucléicos. Descobertos no século 19 pelo cientista suíço F. Miescher, eles são biopolímeros e consistem em monômeros - nucleotídeos. Fósforo presentetanto nas próprias bases de purina quanto de pirimidina, e nas ligações que formam as cadeias de RNA e a superespira de DNA. Os monômeros de ácido nucleico são capazes de formar estruturas poliméricas devido ao surgimento de ligações covalentes entre as pentoses e os resíduos de ácido fosfórico de nucleotídeos adjacentes. Eles são chamados de fosfodiésteres. A destruição de moléculas de DNA e RNA que ocorre em células humanas sob a influência de radiação gama dura ou como resultado de envenenamento com substâncias tóxicas ocorre devido à quebra de ligações fosfodiéster. Faz com que as células morram.
Membranas Biológicas
Estruturas que limitam o conteúdo interno da célula também contêm fósforo. No corpo humano, até 40% do peso corporal seco recai sobre compostos contendo fosfolipídios e fosfoproteínas. Eles são os principais componentes da camada de membrana, que também contém substâncias como proteínas e carboidratos. Um alto teor de fósforo é característico das membranas dos neurócitos e seus processos - dendritos e axônios. Os fosfolipídios conferem plasticidade às membranas e, devido à presença de moléculas de colesterol, também força. Eles também desempenham o papel de segundos mensageiros - moléculas sinalizadoras que são ativadores de proteínas efetoras envolvidas na condução de um impulso nervoso.
Glândulas paratireoides e seu papel no metabolismo do fósforo
Semelhantes a ervilhas, situadas em ambos os lobos da glândula tireoide e pesando 0,5-0,8 g cada, as glândulas paratireoides secretam o hormônio da paratireoide. Regula a troca de elementos comocálcio e fósforo no corpo humano. Suas funções são atuar nos osteócitos e osteoblastos - células do sistema esquelético, que, sob a influência do hormônio, começam a liberar sais de ácido fosfórico no líquido extracelular. Com a hiperfunção das glândulas paratireoides, os ossos humanos perdem força, amolecem e colapsam, o teor de fósforo neles cai drasticamente. Neste momento, aumenta o risco de fraturas da coluna, ossos pélvicos e quadris, que ameaçam a vida do paciente. Ao mesmo tempo, a quantidade de cálcio aumenta. Isso leva à hipercalcemia com sintomas de danos nos nervos periféricos e uma queda no tônus muscular esquelético. O hormônio da paratireoide também atua nos rins, reduzindo a reabsorção de sais de fósforo da urina primária. Um aumento de fosfato nos tecidos dos rins causa hiperfosfatúria e formação de cálculos.
Composição mineral óssea
A dureza, resistência e elasticidade do sistema de suporte dependem da composição química das células do tecido ósseo. Os osteócitos contêm compostos orgânicos, como a proteína osseína, e substâncias inorgânicas contendo sais de fosfato de cálcio e magnésio. À medida que a pessoa envelhece, a quantidade de componentes minerais, como hidroxiapatitas, em osteócitos e osteoblastos aumenta. A mineralização anormal do tecido ósseo, o acúmulo de sais de cálcio e o excesso de fósforo no corpo humano levam à perda de elasticidade e força de todas as partes do esqueleto, de modo que as pessoas mais velhas correm maior risco de lesões e fraturas.
Transformação de compostos de fósforo no corpohumano
A maior glândula digestiva do corpo humano - o fígado - desempenha um papel importante no metabolismo de substâncias que contêm fósforo. Os hormônios paratireoidianos e a vitamina D também influenciam esses processos. A necessidade diária do elemento para adultos é de 1,0 a 2,0 gramas, para crianças e adolescentes - até 2,5 g. O fósforo na forma de sais facilmente digeríveis, bem como em complexos com proteínas e carboidratos, entra no corpo humano com alimentos.
Sementes de girassol, abóbora e cânhamo estão saturadas com ele. Há muito fósforo em produtos de origem animal no fígado de frango, carne bovina, queijos duros e peixes. Um excesso de fósforo no corpo pode ocorrer como resultado de uma violação da função de reabsorção dos rins, uso inadequado de vitaminas e f alta de cálcio nos alimentos. O efeito negativo do fósforo no corpo humano se manifesta principalmente nos danos ao sistema cardiovascular, rins e aparelho ósseo e pode indicar graves distúrbios metabólicos.
