ชีวเคมีเป็นสาขาหนึ่งของชีววิทยาที่ศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของทั้งเซลล์เดี่ยวและสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เป็นที่ทราบกันว่าเกือบ 98% ของเนื้อหาในเซลล์ประกอบด้วยอะตอมของออกซิเจน คาร์บอน ไนโตรเจน และไฮโดรเจน องค์ประกอบทางเคมีเหล่านี้เรียกว่าสารอินทรีย์ 1.8% ตกอยู่ที่โพแทสเซียม โซเดียม แมกนีเซียม คลอรีน ฟอสฟอรัส ในร่างกายมนุษย์พวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของเกลือแร่และมีรูปแบบของไอออนที่เรียบง่ายหรือซับซ้อนเพื่อให้มั่นใจว่าปฏิกิริยาการเผาผลาญปกติ ตัวอย่างเช่น สารประกอบของเซลล์ที่สำคัญที่สุดที่รับผิดชอบในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม - กรดนิวคลีอิก - มีแอนไอออนของกรดตกค้างของกรดออร์โธฟอสฟอริก
ไอออนที่มีฟอสฟอรัสรวมอยู่ในโมเลกุล ATP ซึ่งการจัดหาพลังงานให้กับเซลล์นั้นขึ้นอยู่กับ ในบทความนี้เราจะยกตัวอย่างที่ยืนยันความสำคัญบทบาทของฟอสฟอรัสในร่างกายมนุษย์และผลต่อการเผาผลาญ
พันธะโควาเลนต์กับความหมาย
พื้นฐานของสารอินทรีย์ที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตคือความสามารถของโมเลกุลในการสร้างพันธะเคมีบางประเภท เรียกว่าขั้วโควาเลนต์และเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของอโลหะกำหนดลักษณะทางเคมีหลักของสารประกอบ ชีวเคมีศึกษาองค์ประกอบของโมเลกุลของสารที่เข้าสู่เซลล์ของพืช เชื้อรา สัตว์ กำหนดองค์ประกอบทางเคมีของพวกมัน ปรากฎว่านอกจากไนโตรเจน คาร์บอน ออกซิเจนแล้ว ยังรวมถึงฟอสฟอรัสด้วย ในร่างกายมนุษย์ มันไม่เกิดขึ้นในสภาวะอิสระ เนื่องจากเป็นสารที่มีพิษสูง ดังนั้น ในระบบสิ่งมีชีวิต ธาตุดังกล่าวจึงมีรูปของแอนไอออนของกรดเมตา-ออร์โธ-หรือกรดไพโรฟอสฟอริก ซึ่งมีความสามารถในการสร้างพันธะกับไอออนบวกของโลหะ สามารถพบได้ในสารใดบ้าง?
ฟอสฟอรัสในโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อน
โปรตีนของระบบโครงกระดูก ฮอร์โมน วิตามิน และไขมันสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่มีไอออนเชิงซ้อนที่ประกอบด้วยฟอสฟอรัส ในร่างกายมนุษย์มีสารประกอบที่ซับซ้อน - ฟอสโฟลิปิดและฟอสโฟโปรตีนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ - เอนไซม์และสเตียรอยด์ พันธะโควาเลนต์ในนิวคลีโอไทด์ของ DNA และ RNA ทำให้เกิดพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ในสายกรดนิวคลีอิก ทำไมร่างกายมนุษย์ถึงต้องการฟอสฟอรัสและมีหน้าที่ในการเผาผลาญอย่างไร? เรามาพิจารณาคำถามนี้กันที่ระดับเซลล์ขององค์กรกันก่อน
ตำแหน่งของฟอสฟอรัสในองค์ประกอบพื้นฐานของเซลล์
ตามเนื้อหาในไซโตพลาสซึมและออร์แกเนลล์ (0.2-1%) อโลหะอยู่ในอันดับที่สี่รองจากองค์ประกอบออร์แกนิก สารประกอบฟอสฟอรัสที่อิ่มตัวมากที่สุดคือเซลล์ของระบบกล้ามเนื้อและกระดูก - เซลล์สร้างกระดูกซึ่งเป็นสารของเนื้อเยื่อฟัน - เนื้อฟัน เนื้อหาของพวกเขามีอยู่ในเซลล์ประสาทและ neuroglia ซึ่งประกอบเป็นระบบประสาท อะตอมของฟอสฟอรัสพบได้ในโปรตีนเมมเบรน กรดนิวคลีอิก และสารที่ให้พลังงานสูง - กรดเอทีพีอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริกและในรูปรีดิวซ์ของนิโคตินาไมด์ไดนิวคลีโอไทด์ฟอสเฟต - NADP×H2 อย่างที่คุณเห็น ในร่างกายมนุษย์ ฟอสฟอรัสพบได้ในโครงสร้างที่สำคัญทั้งหมด: เซลล์ เนื้อเยื่อ ระบบทางสรีรวิทยา
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าระดับสภาวะสมดุลของเซลล์ซึ่งเป็นระบบชีวภาพแบบเปิด ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออนต่างๆ ในไฮยาโลพลาสซึมและของเหลวระหว่างเซลล์ หน้าที่ของฟอสฟอรัสในการรักษาความคงตัวของสภาพแวดล้อมภายในของร่างกายมนุษย์คืออะไร
ระบบบัฟเฟอร์
เนื่องจากคุณสมบัติกึ่งซึมผ่านเยื่อหุ้มชั้นนอก สารต่างๆ จะเข้าสู่เซลล์อย่างต่อเนื่อง ซึ่งมีความเข้มข้นสูงซึ่งอาจส่งผลเสียต่อกิจกรรมที่สำคัญของมัน เพื่อแก้ไอออนที่เป็นพิษส่วนเกิน ไซโตพลาสซึมร่วมกับโซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียมไอออนบวก มีกรดตกค้างของกรดคาร์บอเนต ซัลไฟต์ และกรดฟอสฟอริก พวกมันสามารถทำปฏิกิริยากับไอออนส่วนเกินที่เข้าสู่เซลล์และควบคุมความคงตัวของเนื้อหาภายในเซลล์ ระบบบัฟเฟอร์ นอกเหนือจากไอออนของกรดอ่อน จำเป็นต้องมีแอนไอออนNRO42- และ N2RO4 - มีฟอสฟอรัส ในร่างกายมนุษย์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบบัฟเฟอร์ ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมในระดับเซลล์ตามปกติทางสรีรวิทยา
ฟอสโฟรีเลชั่นออกซิเดชัน
การสลายของสารประกอบอินทรีย์ในเซลล์เรียกว่าการหายใจแบบใช้ออกซิเจน ตำแหน่งของมันคือไมโตคอนเดรีย เอ็นไซม์เชิงซ้อนจะอยู่ที่รอยพับด้านใน - คริสเตของออร์แกเนลล์ ตัวอย่างเช่น ระบบ ATP-ase ประกอบด้วยโมเลกุลของตัวพาอิเล็กตรอน ด้วยปฏิกิริยาที่กระตุ้นโดยเอนไซม์ ATP ถูกสังเคราะห์จาก ADP และโมเลกุลอิสระของกรดฟอสฟอริก ซึ่งเป็นสารพลังงานสากลของเซลล์ ซึ่งใช้ในการสืบพันธุ์ การเจริญเติบโต และการเคลื่อนไหว การก่อตัวของมันสามารถแสดงในรูปแบบปฏิกิริยาแบบง่าย: ADP + F=ATP จากนั้นโมเลกุลของกรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริกจะสะสมในไซโตพลาสซึม พวกมันทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำหรับการทำงานเชิงกล เช่น ในระบบกล้ามเนื้อและในปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนพลาสติก ดังนั้น ฟอสฟอรัสในร่างกายมนุษย์จึงมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญพลังงาน
พันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ของโมเลกุลพันธุกรรม
ปริมาณอะตอมฟอสฟอรัสสูงถูกบันทึกในนิวเคลียสของเซลล์ เนื่องจากธาตุนี้เป็นส่วนหนึ่งของกรดนิวคลีอิก นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิส F. Miescher ค้นพบในศตวรรษที่ 19 โดยเป็นไบโอโพลีเมอร์และประกอบด้วยโมโนเมอร์ - นิวคลีโอไทด์ ฟอสฟอรัสในปัจจุบันทั้งในพิวรีนและไพริมิดีนเป็นเบส และในพันธะที่สร้างสายโซ่อาร์เอ็นเอและดีเอ็นเอซุปเปอร์คอยล์ โมโนเมอร์ของกรดนิวคลีอิกสามารถสร้างโครงสร้างโพลีเมอร์ได้เนื่องจากการเกิดขึ้นของพันธะโควาเลนต์ระหว่างเพนโตสและกรดฟอสฟอริกตกค้างของนิวคลีโอไทด์ที่อยู่ติดกัน พวกเขาถูกเรียกว่า phosphodiesters การทำลายโมเลกุล DNA และ RNA ที่เกิดขึ้นในเซลล์ของมนุษย์ภายใต้อิทธิพลของรังสีแกมมาอย่างหนักหรือเป็นผลมาจากพิษจากสารพิษเกิดขึ้นเนื่องจากการแตกพันธะของฟอสโฟไดสเตอร์ ทำให้เซลล์ตาย
เยื่อหุ้มชีวภาพ
โครงสร้างที่จำกัดเนื้อหาภายในของเซลล์ก็มีฟอสฟอรัสด้วย ในร่างกายมนุษย์ น้ำหนักตัวแห้งมากถึง 40% ตกอยู่ที่สารประกอบที่มีฟอสโฟลิปิดและฟอสโฟโปรตีน เป็นองค์ประกอบหลักของชั้นเมมเบรนซึ่งมีสารเช่นโปรตีนและคาร์โบไฮเดรต ปริมาณฟอสฟอรัสสูงเป็นลักษณะของเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทและกระบวนการ - เดนไดรต์และแอกซอน ฟอสโฟลิปิดทำให้เยื่อหุ้มเป็นพลาสติกและเนื่องจากการมีโมเลกุลของคอเลสเตอรอลก็มีความแข็งแรงเช่นกัน พวกเขายังเล่นบทบาทของผู้ส่งสารที่สอง - ส่งสัญญาณโมเลกุลที่เป็นตัวกระตุ้นของโปรตีนเอฟเฟกเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับการนำกระแสประสาท
ต่อมพาราไทรอยด์และบทบาทของพวกเขาในการเผาผลาญฟอสฟอรัส
คล้ายถั่วลันเตา นอนอยู่บนต่อมไทรอยด์ทั้งสองกลีบ น้ำหนัก 0.5-0.8 กรัม ต่อมพาราไทรอยด์จะหลั่งฮอร์โมนพาราไทรอยด์ มันควบคุมการแลกเปลี่ยนองค์ประกอบเช่นแคลเซียมและฟอสฟอรัสในร่างกายมนุษย์ หน้าที่ของพวกเขาคือทำหน้าที่เกี่ยวกับเซลล์สร้างกระดูกและเซลล์สร้างกระดูก - เซลล์ของระบบโครงร่างซึ่งภายใต้อิทธิพลของฮอร์โมนเริ่มปล่อยเกลือของกรดฟอสฟอริกออกสู่ของเหลวนอกเซลล์ ด้วยการทำงานของต่อมพาราไทรอยด์ที่มากเกินไป กระดูกของมนุษย์สูญเสียความแข็งแรง อ่อนตัวและยุบตัว ปริมาณฟอสฟอรัสในพวกมันจึงลดลงอย่างรวดเร็ว ในเวลานี้ความเสี่ยงของกระดูกสันหลังหักกระดูกเชิงกรานและสะโพกซึ่งคุกคามชีวิตของผู้ป่วยเพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน ปริมาณแคลเซียมก็เพิ่มขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่ภาวะแคลเซียมในเลือดสูงโดยมีอาการของเส้นประสาทส่วนปลายถูกทำลายและกล้ามเนื้อโครงร่างลดลง ฮอร์โมนพาราไทรอยด์ยังทำหน้าที่ในไต ลดการดูดซึมเกลือฟอสฟอรัสจากปัสสาวะปฐมภูมิ การเพิ่มขึ้นของฟอสเฟตในเนื้อเยื่อของไตทำให้เกิดภาวะฟอสฟอรัสเกินและการก่อตัวของนิ่ว
แร่ธาตุกระดูก
ความแข็ง ความแข็งแรง และความยืดหยุ่นของระบบพยุงขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของเซลล์เนื้อเยื่อกระดูก Osteocytes มีทั้งสารประกอบอินทรีย์ เช่น โปรตีน ossein และสารอนินทรีย์ที่มีเกลือแคลเซียมและแมกนีเซียมฟอสเฟต เมื่ออายุมากขึ้น ปริมาณแร่ธาตุ เช่น ไฮดรอกซีอะพาไทต์ ในเซลล์สร้างกระดูกและเซลล์สร้างกระดูกก็เพิ่มขึ้น การเกิดแร่ผิดปกติของเนื้อเยื่อกระดูก การสะสมของเกลือแคลเซียมและฟอสฟอรัสส่วนเกินในร่างกายมนุษย์ทำให้สูญเสียความยืดหยุ่นและความแข็งแรงของทุกส่วนของโครงกระดูก ดังนั้นผู้สูงอายุจึงมีโอกาสเสี่ยงที่จะได้รับบาดเจ็บและกระดูกหัก
การเปลี่ยนแปลงของสารประกอบฟอสฟอรัสในร่างกายคน
ต่อมย่อยอาหารที่ใหญ่ที่สุดในร่างกายมนุษย์ - ตับ - มีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญสารที่มีฟอสฟอรัส ฮอร์โมนพาราไทรอยด์และวิตามินดีก็มีอิทธิพลต่อกระบวนการเหล่านี้เช่นกัน ความต้องการรายวันขององค์ประกอบสำหรับผู้ใหญ่คือ 1.0-2.0 กรัมสำหรับเด็กและวัยรุ่น - มากถึง 2.5 กรัมฟอสฟอรัสในรูปของเกลือที่ย่อยง่ายเช่นเดียวกับในคอมเพล็กซ์ที่มีโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ด้วยอาหาร
ทานตะวัน ฟักทอง เมล็ดป่าน ชุ่มไปด้วยมัน มีฟอสฟอรัสจำนวนมากในผลิตภัณฑ์จากสัตว์ในตับไก่ เนื้อวัว ชีสแข็ง และปลา ฟอสฟอรัสส่วนเกินในร่างกายอาจเกิดขึ้นจากการละเมิดการทำงานของการดูดซึมกลับของไต การใช้วิตามินอย่างไม่เหมาะสม และการขาดแคลเซียมในอาหาร ผลกระทบด้านลบของฟอสฟอรัสต่อร่างกายมนุษย์นั้นแสดงออกโดยหลักในความเสียหายต่อระบบหัวใจและหลอดเลือด ไต และเครื่องมือของกระดูก และอาจบ่งบอกถึงความผิดปกติของระบบเผาผลาญที่ร้ายแรง
