ბიოქიმია არის ბიოლოგიის ფილიალი, რომელიც სწავლობს როგორც ცალკეული უჯრედების, ისე მთელი ორგანიზმის ქიმიურ შემადგენლობას. ცნობილია, რომ უჯრედული შიგთავსის თითქმის 98% შეიცავს ჟანგბადის, ნახშირბადის, აზოტის და წყალბადის ატომებს. ამ ქიმიურ ელემენტებს ორგანული ეწოდება. 1,8% მოდის კალიუმზე, ნატრიუმზე, მაგნიუმზე, ქლორზე, ფოსფორზე. ადამიანის ორგანიზმში ისინი მინერალური მარილების ნაწილია და აქვთ მარტივი ან რთული იონების ფორმა, რაც უზრუნველყოფს მეტაბოლური რეაქციების ნორმალურ მიმდინარეობას. მაგალითად, ყველაზე მნიშვნელოვანი უჯრედული ნაერთები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან მემკვიდრეობითი თვისებების გადაცემაზე - ნუკლეინის მჟავები - შეიცავს ორთოფოსფორის მჟავას მჟავას ნარჩენების ანიონებს.
ფოსფორის შემცველი იონები ასევე შედის ATP მოლეკულებში, რომლებზეც დამოკიდებულია უჯრედების ენერგიით უზრუნველყოფა. ამ სტატიაში ჩვენ მივცემთ მაგალითებს, რომლებიც ადასტურებენ მნიშვნელოვანსფოსფორის როლი ადამიანის ორგანიზმში და მისი გავლენა მეტაბოლიზმზე.
კოვალენტური პოლარული ბმები და მათი მნიშვნელობა
ორგანული ნივთიერებების სტრუქტურის საფუძველი, რომლებიც ქმნიან ცოცხალ მატერიას, არის მათი მოლეკულების უნარი შექმნან გარკვეული სახის ქიმიური ბმა. მას კოვალენტურ პოლარს უწოდებენ და, რომელიც წარმოიქმნება არალითონების ატომებს შორის, განსაზღვრავს ნაერთების ძირითად ქიმიურ მახასიათებლებს. ბიოქიმიამ, შეისწავლა მცენარეების, სოკოების, ცხოველების უჯრედებში შემავალი ნივთიერებების მოლეკულების შემადგენლობა, დაადგინა მათი ქიმიური შემადგენლობა. აღმოჩნდა, რომ აზოტის, ნახშირბადის, ჟანგბადის გარდა, მათში შედის ფოსფორიც. ადამიანის ორგანიზმში ის თავისუფალ მდგომარეობაში არ გვხვდება, რადგან ეს არის უაღრესად ტოქსიკური ნივთიერება. მაშასადამე, ცოცხალ სისტემებში ელემენტს აქვს მეტა-, ორთო- ან პიროფოსფორის მჟავას ანიონების ფორმა, რომლებსაც აქვთ ლითონის კათიონებთან კავშირის შექმნის უნარი. უჯრედის რომელ ნივთიერებებში შეიძლება მათი აღმოჩენა?
ფოსფორი რთულ ორგანულ მოლეკულებში
ჩონჩხის სისტემის ცილები, ჰორმონები, ვიტამინები და ლიპიდები ქმნიან კომპლექსურ ნაერთებს ფოსფორის შემცველ კომპლექსურ იონებთან. ადამიანის ორგანიზმში არის რთული ნაერთები - ფოსფოლიპიდები და ფოსფოპროტეინები, რომლებიც ბიოლოგიურად აქტიური ნივთიერებების - ფერმენტების და სტეროიდების მოლეკულების ნაწილია. კოვალენტური პოლარული ბმები დნმ-სა და რნმ-ის ნუკლეოტიდებში უზრუნველყოფს ფოსფოდიესტერული ბმების წარმოქმნას ნუკლეინის მჟავას ჯაჭვებში. რატომ არის ფოსფორი საჭირო ადამიანის ორგანიზმში და რა ფუნქციები აქვს მას მეტაბოლიზმში? მოდით, პირველ რიგში განვიხილოთ ეს კითხვა ორგანიზაციის ფიჭურ დონეზე.
ფოსფორის ადგილი უჯრედის ელემენტარულ შემადგენლობაში
ციტოპლაზმაში და ორგანელებში შემცველობის მიხედვით (0,2-1%), არალითონი მეოთხე ადგილზეა ორგანული ელემენტების შემდეგ. ფოსფორის ნაერთებით ყველაზე მეტად გაჯერებულია კუნთოვანი სისტემის უჯრედები – ოსტეოციტები, კბილის ქსოვილის ნივთიერება – დენტინი. მათი შემცველობა მაღალია ნეირონებში და ნეიროგლიებში, რომლებიც ქმნიან ნერვულ სისტემას. ფოსფორის ატომები გვხვდება მემბრანის პროტეინებში, ნუკლეინის მჟავებში და ენერგეტიკულ ნივთიერებებში - ATP ადენოზინტრიფოსფორის მჟავაში და ნიკოტინამიდის დინუკლეოტიდ ფოსფატის შემცირებულ ფორმაში - NADP×H2. როგორც ხედავთ, ადამიანის ორგანიზმში ფოსფორი გვხვდება ყველა სასიცოცხლო სტრუქტურაში: უჯრედებში, ქსოვილებში, ფიზიოლოგიურ სისტემებში.
ცნობილია, რომ უჯრედის ჰომეოსტაზის დონე, რომელიც წარმოადგენს ღია ბიოლოგიურ სისტემას, დამოკიდებულია სხვადასხვა იონების კონცენტრაციაზე ჰიალუროპლაზმსა და უჯრედშორის სითხეში. რა ფუნქცია აქვს ფოსფორს ადამიანის სხეულის შინაგანი გარემოს მუდმივობის შენარჩუნებაში?
ბუფერული სისტემა
გარე მემბრანის ნახევრად გამტარიანობის თვისების გამო, უჯრედში მუდმივად შედიან სხვადასხვა ნივთიერებები, რომელთა მაღალმა კონცენტრაციამ შეიძლება უარყოფითად იმოქმედოს მის სასიცოცხლო აქტივობაზე. ტოქსიკური იონების ჭარბი განეიტრალების მიზნით, ციტოპლაზმა ნატრიუმის, კალიუმის, კალციუმის კათიონებთან ერთად შეიცავს კარბონატის, სულფიტის და ფოსფორის მჟავების მჟავას ნარჩენებს. მათ შეუძლიათ რეაგირება მოახდინონ უჯრედში შესული იონების სიჭარბით და აკონტროლონ უჯრედშიდა შიგთავსის მუდმივობა. ბუფერული სისტემა, სუსტი მჟავების იონების გარდა, აუცილებლად მოიცავს ანიონებსNRO42- და N2RO4 ფოსფორის შემცველი -. ადამიანის ორგანიზმში, როგორც ბუფერული სისტემის ნაწილი, უზრუნველყოფს მეტაბოლური რეაქციების ფიზიოლოგიურად ნორმალურ მიმდინარეობას უჯრედულ დონეზე.
ოქსიდაციური ფოსფორილირება
უჯრედში ორგანული ნაერთების დაშლას აერობული სუნთქვა ეწოდება. მისი მდებარეობა არის მიტოქონდრია. ფერმენტული კომპლექსები განლაგებულია შიდა ნაკეცებზე - ორგანელების კრისტაზე. მაგალითად, ATP-ase სისტემა შეიცავს ელექტრონის გადამტან მოლეკულებს. ფერმენტების მიერ კატალიზებული რეაქციების წყალობით, ATP სინთეზირდება ADP-დან და ფოსფორმჟავას თავისუფალი მოლეკულებიდან - უჯრედების უნივერსალური ენერგეტიკული ნივთიერება, რომელიც იხარჯება მათ რეპროდუქციაზე, ზრდასა და მოძრაობაზე. მისი ფორმირება შეიძლება წარმოდგენილი იყოს რეაქციის გამარტივებული სქემით: ADP + F=ATP. შემდეგ ადენოზინის ტრიფოსფორის მჟავას მოლეკულები გროვდება ციტოპლაზმაში. ისინი ემსახურებიან როგორც ენერგიის წყაროს მექანიკური სამუშაოების შესასრულებლად, მაგალითად, კუნთოვან სისტემაში და პლასტიკური გაცვლის რეაქციებში. შესაბამისად, ფოსფორი ადამიანის ორგანიზმში წამყვან როლს თამაშობს ენერგიის მეტაბოლიზმში.
მემკვიდრეობითი მოლეკულების ფოსფოდიესტერული ბმები
ატომური ფოსფორის მაღალი შემცველობა ფიქსირდება უჯრედის ბირთვში, ვინაიდან ელემენტი არის ნუკლეინის მჟავების ნაწილი. აღმოჩენილი ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნეში შვეიცარიელმა მეცნიერმა ფ. მიშერმა, ისინი ბიოპოლიმერებია და შედგება მონომერებისგან - ნუკლეოტიდებისგან. ფოსფორი იმყოფებაროგორც თავად პურინისა და პირიმიდინის ფუძეებში, ასევე ობლიგაციებში, რომლებიც ქმნიან რნმ-ის ჯაჭვებს და დნმ-ის ზებრკოლებს. ნუკლეინის მჟავას მონომერებს შეუძლიათ შექმნან პოლიმერული სტრუქტურები მეზობელი ნუკლეოტიდების პენტოზასა და ფოსფორის მჟავას ნარჩენებს შორის კოვალენტური ბმების წარმოქმნის გამო. მათ ფოსფოდიესტერებს უწოდებენ. დნმ-ისა და რნმ-ის მოლეკულების განადგურება, რომელიც ხდება ადამიანის უჯრედებში მძიმე გამა გამოსხივების გავლენის ქვეშ ან ტოქსიკური ნივთიერებებით მოწამვლის შედეგად, ხდება ფოსფოდიესტერის ობლიგაციების გაწყვეტის გამო. ეს იწვევს უჯრედების სიკვდილს.
ბიოლოგიური გარსები
სტრუქტურები, რომლებიც ზღუდავენ უჯრედის შიდა შიგთავსს, ასევე შეიცავს ფოსფორს. ადამიანის ორგანიზმში მშრალი სხეულის წონის 40%-მდე მოდის ფოსფოლიპიდების და ფოსფოპროტეინების შემცველ ნაერთებზე. ისინი წარმოადგენენ მემბრანული ფენის ძირითად კომპონენტებს, რომლებიც ასევე შეიცავს ისეთ ნივთიერებებს, როგორიცაა ცილები და ნახშირწყლები. ფოსფორის მაღალი შემცველობა დამახასიათებელია ნეიროციტების გარსებისთვის და მათი პროცესებისთვის - დენდრიტები და აქსონები. ფოსფოლიპიდები ანიჭებენ მემბრანას პლასტიურობას და ქოლესტერინის მოლეკულების არსებობის გამო, ასევე სიმტკიცეს. ისინი ასევე ასრულებენ მეორე მესინჯერების როლს - სასიგნალო მოლეკულებს, რომლებიც არიან მოქმედი ცილების აქტივატორები, რომლებიც მონაწილეობენ ნერვული იმპულსის გამტარებლობაში.
პარათირეოიდული ჯირკვლები და მათი როლი ფოსფორის მეტაბოლიზმში
ბარდას მსგავსი, ფარისებრი ჯირკვლის ორივე წილზე დაწოლილი და თითოეულის წონით 0,5-0,8 გ, პარათირეოიდული ჯირკვლები გამოყოფს პარათირეოიდულ ჰორმონს. ის არეგულირებს ისეთი ელემენტების გაცვლას, როგორიცააკალციუმი და ფოსფორი ადამიანის ორგანიზმში. მათი ფუნქციებია ოსტეოციტებზე და ოსტეობლასტებზე მოქმედება - ძვლოვანი სისტემის უჯრედები, რომლებიც ჰორმონის გავლენით იწყებენ ფოსფორის მჟავას მარილების გამოყოფას უჯრედგარე სითხეში. პარათირეოიდული ჯირკვლების ჰიპერფუნქციით, ადამიანის ძვლები კარგავს სიმტკიცეს, რბილდება და იშლება, მათში ფოსფორის შემცველობა მკვეთრად ეცემა. ამ დროს იზრდება ხერხემლის, მენჯის ძვლებისა და თეძოს მოტეხილობების რისკი, რომელიც საფრთხეს უქმნის პაციენტის სიცოცხლეს. ამავდროულად, კალციუმის რაოდენობა იზრდება. ეს იწვევს ჰიპერკალციემიას პერიფერიული ნერვის დაზიანების სიმპტომებით და ჩონჩხის კუნთების ტონის დაქვეითებით. პარათირეოიდული ჰორმონი ასევე მოქმედებს თირკმელებზე, ამცირებს ფოსფორის მარილების რეაბსორბციას პირველადი შარდიდან. თირკმელების ქსოვილებში ფოსფატის მატება იწვევს ჰიპერფოსფატურიას და კენჭების წარმოქმნას.
ძვლის მინერალური შემადგენლობა
საყრდენი სისტემის სიმტკიცე, სიმტკიცე და ელასტიურობა დამოკიდებულია ძვლოვანი ქსოვილის უჯრედების ქიმიურ შემადგენლობაზე. ოსტეოციტები შეიცავს როგორც ორგანულ ნაერთებს, როგორიცაა ცილა ოსეინი, ასევე არაორგანულ ნივთიერებებს, რომლებიც შეიცავს კალციუმის და მაგნიუმის ფოსფატის მარილებს. ასაკის მატებასთან ერთად იზრდება მინერალური კომპონენტების რაოდენობა, როგორიცაა ჰიდროქსიაპატიტები, ოსტეოციტებსა და ოსტეობლასტებში. ძვლოვანი ქსოვილის არანორმალური მინერალიზაცია, კალციუმის მარილების და ჭარბი ფოსფორის დაგროვება ადამიანის სხეულში იწვევს ჩონჩხის ყველა ნაწილის ელასტიურობისა და სიძლიერის დაკარგვას, ამიტომ ხანდაზმული ადამიანები უფრო მეტად არიან დაზიანებების და მოტეხილობების რისკის ქვეშ.
ფოსფორის ნაერთების ტრანსფორმაცია ორგანიზმშიადამიანი
ადამიანის ორგანიზმში ყველაზე დიდი საჭმლის მომნელებელი ჯირკვალი - ღვიძლი - წამყვან როლს ასრულებს ფოსფორის შემცველი ნივთიერებების ცვლაში. პარათირეოიდული ჰორმონები და ვიტამინი D ასევე გავლენას ახდენენ ამ პროცესებზე. ელემენტის დღიური მოთხოვნილება მოზრდილებში 1,0-2,0 გრამია, ბავშვებისთვის და მოზარდებისთვის - 2,5 გ-მდე, ფოსფორი ადვილად ასათვისებელი მარილების სახით, ასევე ცილებთან და ნახშირწყლებთან კომპლექსებში, საკვებით ხვდება ადამიანის ორგანიზმში.
მზესუმზირა, გოგრა, კანაფის თესლი გაჯერებულია. ცხოველურ პროდუქტებში ბევრი ფოსფორია ქათმის ღვიძლში, საქონლის ხორცში, მყარ ყველსა და თევზში. ორგანიზმში ფოსფორის ჭარბი რაოდენობა შეიძლება მოხდეს თირკმელების რეაბსორბციული ფუნქციის დარღვევის, ვიტამინების არასათანადო გამოყენებისა და საკვებში კალციუმის ნაკლებობის შედეგად. ფოსფორის ნეგატიური ზემოქმედება ადამიანის ორგანიზმზე ვლინდება უპირველეს ყოვლისა გულ-სისხლძარღვთა სისტემის, თირკმელებისა და ძვლოვანი აპარატის დაზიანებით და შეიძლება მიუთითებდეს სერიოზულ მეტაბოლურ დარღვევებზე.
