Biochemie ist ein Zweig der Biologie, der die chemische Zusammensetzung sowohl einzelner Zellen als auch des gesamten Organismus untersucht. Es ist bekannt, dass fast 98 % des Zellinh alts Sauerstoff-, Kohlenstoff-, Stickstoff- und Wasserstoffatome enth alten. Diese chemischen Elemente werden als organogen bezeichnet. 1,8 % fallen auf Kalium, Natrium, Magnesium, Chlor, Phosphor. Im menschlichen Körper sind sie Bestandteil von Mineralsalzen und haben die Form einfacher oder komplexer Ionen, die den normalen Ablauf von Stoffwechselreaktionen gewährleisten. Beispielsweise enth alten die wichtigsten Zellverbindungen, die für die Übertragung von Erbanlagen verantwortlich sind – Nukleinsäuren – Anionen von Säureresten der Orthophosphorsäure.
Auch phosphorh altige Ionen sind in ATP-Molekülen enth alten, von denen die Energieversorgung der Zellen abhängt. In diesem Artikel geben wir Beispiele, die das Wichtige bestätigendie Rolle von Phosphor im menschlichen Körper und seine Wirkung auf den Stoffwechsel.
Kovalente polare Bindungen und ihre Bedeutung
Die Grundlage der Struktur organischer Substanzen, aus denen lebende Materie besteht, ist die Fähigkeit ihrer Moleküle, eine bestimmte Art von chemischer Bindung einzugehen. Es wird als kovalent polar bezeichnet und bestimmt die wichtigsten chemischen Eigenschaften von Verbindungen, da es zwischen den Atomen von Nichtmetallen entsteht. Die Biochemie, die die Zusammensetzung der Moleküle von Substanzen untersucht, die in die Zellen von Pflanzen, Pilzen und Tieren gelangen, hat ihre chemische Zusammensetzung festgelegt. Es stellte sich heraus, dass sie neben Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff auch Phosphor enth alten. Im menschlichen Körper kommt es nicht in freiem Zustand vor, da es sich um eine hochgiftige Substanz handelt. Daher hat das Element in lebenden Systemen die Form von Anionen von Meta-, Ortho- oder Pyrophosphorsäure, die die Fähigkeit haben, Bindungen mit Metallkationen einzugehen. In welchen Zellsubstanzen kommen sie vor?
Phosphor in komplexen organischen Molekülen
Proteine des Skelettsystems, Hormone, Vitamine und Lipide bilden mit phosphorh altigen Komplexionen Komplexverbindungen. Im menschlichen Körper gibt es komplexe Verbindungen - Phospholipide und Phosphoproteine, die Teil der Moleküle biologisch aktiver Substanzen sind - Enzyme und Steroide. Kovalente polare Bindungen in DNA- und RNA-Nukleotiden sorgen für die Bildung von Phosphodiesterbindungen in Nukleinsäureketten. Warum wird Phosphor im menschlichen Körper benötigt und welche Funktionen hat er im Stoffwechsel? Betrachten wir diese Frage zunächst auf der zellulären Organisationsebene.
Die Stellung von Phosphor in der elementaren Zusammensetzung der Zelle
Nach den Geh alten im Zytoplasma und den Organellen (0,2-1%) stehen die Nichtmetalle nach den organogenen Elementen an vierter Stelle. Am stärksten mit Phosphorverbindungen gesättigt sind die Zellen des Bewegungsapparates - Osteozyten, die Substanz des Zahngewebes - Dentin. Ihr Geh alt ist reich an Neuronen und Neuroglia, die das Nervensystem bilden. Phosphoratome finden sich in Membranproteinen, Nukleinsäuren und energieintensiven Substanzen - ATP Adenosintriphosphorsäure und in der reduzierten Form von Nicotinamiddinukleotidphosphat - NADP×H2. Wie Sie sehen, kommt Phosphor im menschlichen Körper in allen lebenswichtigen Strukturen vor: Zellen, Geweben, physiologischen Systemen.
Es ist bekannt, dass der Grad der Homöostase einer Zelle, die ein offenes biologisches System ist, von der Konzentration verschiedener Ionen im Hyaloplasma und in der interzellulären Flüssigkeit abhängt. Welche Funktion hat Phosphor bei der Aufrechterh altung der Konstanz der inneren Umgebung des menschlichen Körpers?
Puffersystem
Aufgrund der Eigenschaft der Halbdurchlässigkeit durch die äußere Membran gelangen ständig verschiedene Substanzen in die Zelle, deren hohe Konzentration deren Vitalaktivität beeinträchtigen kann. Um den Überschuss an toxischen Ionen zu neutralisieren, enthält das Zytoplasma zusammen mit Natrium-, Kalium- und Calciumkationen Säurereste von Carbonat-, Sulfit- und Phosphorsäuren. Sie sind in der Lage, mit einem Überschuss an in die Zelle eingedrungenen Ionen zu reagieren und die Konstanz des intrazellulären Inh alts zu kontrollieren. Das Puffersystem enthält zusätzlich zu Ionen schwacher Säuren notwendigerweise AnionenNRO42- und N2RO4 - mit Phosphor. Im menschlichen Körper sorgt es als Teil des Puffersystems für den physiologisch normalen Ablauf von Stoffwechselreaktionen auf zellulärer Ebene.
Oxidative Phosphorylierung
Der Abbau organischer Verbindungen in einer Zelle wird als aerobe Atmung bezeichnet. Sein Standort sind die Mitochondrien. Enzymkomplexe befinden sich an den inneren F alten - den Cristae der Organellen. Beispielsweise enthält das ATP-ase-System Elektronenträgermoleküle. Dank enzymkatalysierter Reaktionen wird ATP aus ADP und freien Molekülen der Phosphorsäure synthetisiert - der universellen Energiesubstanz der Zellen, die für ihre Reproduktion, ihr Wachstum und ihre Bewegung verbraucht wird. Seine Bildung kann als vereinfachtes Reaktionsschema dargestellt werden: ADP + F=ATP. Dann reichern sich Adenosintriphosphorsäuremoleküle im Zytoplasma an. Sie dienen als Energiequelle zur Verrichtung mechanischer Arbeit, beispielsweise in der Muskulatur und bei plastischen Austauschreaktionen. Folglich spielt Phosphor im menschlichen Körper eine führende Rolle im Energiestoffwechsel.
Phosphodiesterbindungen von Erbmolekülen
Im Zellkern wird ein hoher Geh alt an atomarem Phosphor verzeichnet, da das Element Bestandteil von Nukleinsäuren ist. Bereits im 19. Jahrhundert vom Schweizer Wissenschaftler F. Miescher entdeckt, sind sie Biopolymere und bestehen aus Monomeren - Nukleotiden. Phosphor vorhandensowohl in den Purin- und Pyrimidinbasen selbst als auch in den Bindungen, die die RNA-Ketten und die DNA-Superspirale bilden. Nukleinsäure-Monomere sind in der Lage, Polymerstrukturen zu bilden, da kovalente Bindungen zwischen den Pentose- und Phosphorsäureresten benachbarter Nukleotide entstehen. Sie werden Phosphodiester genannt. Die Zerstörung von DNA- und RNA-Molekülen, die in menschlichen Zellen unter dem Einfluss harter Gammastrahlung oder infolge einer Vergiftung mit toxischen Substanzen auftritt, erfolgt durch das Aufbrechen von Phosphodiesterbindungen. Es lässt Zellen sterben.
Biologische Membranen
Strukturen, die den inneren Inh alt der Zelle begrenzen, enth alten ebenfalls Phosphor. Im menschlichen Körper entfallen bis zu 40 % des Körpertrockengewichts auf Verbindungen, die Phospholipide und Phosphoproteine enth alten. Sie sind die Hauptbestandteile der Membranschicht, die auch Stoffe wie Proteine und Kohlenhydrate enthält. Ein hoher Phosphorgeh alt ist charakteristisch für die Membranen von Neurozyten und ihre Prozesse - Dendriten und Axone. Phospholipide verleihen Membranen Plastizität und aufgrund der Anwesenheit von Cholesterinmolekülen auch Festigkeit. Sie spielen auch die Rolle von Second Messengern – Signalmolekülen, die Aktivatoren von Effektorproteinen sind, die an der Weiterleitung eines Nervenimpulses beteiligt sind.
Nebenschilddrüsen und ihre Rolle im Phosphorstoffwechsel
Erbsenähnlich, auf beiden Schilddrüsenlappen liegend und je 0,5-0,8 g schwer, scheiden die Nebenschilddrüsen Parathormon aus. Es regelt den Austausch von Elementen wie zKalzium und Phosphor im menschlichen Körper. Ihre Funktion besteht darin, auf Osteozyten und Osteoblasten einzuwirken - Zellen des Skelettsystems, die unter dem Einfluss des Hormons beginnen, Phosphorsäuresalze in die extrazelluläre Flüssigkeit freizusetzen. Bei einer Überfunktion der Nebenschilddrüsen verlieren menschliche Knochen an Festigkeit, erweichen und kollabieren, der Phosphorgeh alt in ihnen sinkt stark ab. Zu diesem Zeitpunkt steigt das Risiko von Frakturen der Wirbelsäule, des Beckenknochens und der Hüfte, die das Leben des Patienten bedrohen. Gleichzeitig steigt die Calciummenge. Dies führt zu einer Hyperkalzämie mit Symptomen einer peripheren Nervenschädigung und einem Abfall des Skelettmuskeltonus. Parathormon wirkt auch auf die Nieren und reduziert die Rückresorption von Phosphorsalzen aus dem Primärharn. Ein Anstieg des Phosphats im Gewebe der Nieren verursacht Hyperphosphaturie und die Bildung von Steinen.
Knochenmineralzusammensetzung
Die Härte, Festigkeit und Elastizität des Stützsystems hängt von der chemischen Zusammensetzung der Knochengewebezellen ab. Osteozyten enth alten sowohl organische Verbindungen, wie das Protein Ossein, als auch anorganische Substanzen, die Calcium- und Magnesiumphosphatsalze enth alten. Mit zunehmendem Alter nimmt die Menge an mineralischen Bestandteilen wie Hydroxylapatiten in Osteozyten und Osteoblasten zu. Abnormale Mineralisierung des Knochengewebes, die Ansammlung von Kalziumsalzen und überschüssiges Phosphor im menschlichen Körper führen zu einem Verlust an Elastizität und Festigkeit aller Teile des Skeletts, sodass ältere Menschen eher einem Verletzungs- und Knochenbruchrisiko ausgesetzt sind.
Umwandlung von Phosphorverbindungen im KörperMensch
Die größte Verdauungsdrüse des menschlichen Körpers – die Leber – spielt eine führende Rolle im Stoffwechsel phosphorh altiger Substanzen. Auch Parathormone und Vitamin D beeinflussen diese Prozesse. Der Tagesbedarf des Elements für Erwachsene beträgt 1,0-2,0 Gramm, für Kinder und Jugendliche - bis zu 2,5 Gramm. Phosphor in Form von leicht verdaulichen Salzen sowie in Komplexen mit Proteinen und Kohlenhydraten gelangt mit der Nahrung in den menschlichen Körper.
Sonnenblume, Kürbis, Hanfsamen sind damit gesättigt. In tierischen Produkten ist viel Phosphor in Hühnerleber, Rindfleisch, Hartkäse und Fisch enth alten. Ein Überschuss an Phosphor im Körper kann als Folge einer Verletzung der Resorptionsfunktion der Nieren, einer unsachgemäßen Verwendung von Vitaminen und eines Mangels an Kalzium in der Nahrung auftreten. Die negative Wirkung von Phosphor auf den menschlichen Körper äußert sich vor allem in der Schädigung des Herz-Kreislauf-Systems, der Nieren und des Knochenapparates und kann auf schwere Stoffwechselstörungen hinweisen.
