Биохимия – жеке жасушалардың да, бүкіл ағзаның да химиялық құрамын зерттейтін биология саласы. Жасуша құрамының 98% дерлік оттегі, көміртегі, азот және сутегі атомдарынан тұратыны белгілі. Бұл химиялық элементтер органогендік деп аталады. 1,8% калий, натрий, магний, хлор, фосфорға түседі. Адам ағзасында олар минералды тұздардың құрамына кіреді және метаболикалық реакциялардың қалыпты жүруін қамтамасыз ететін қарапайым немесе күрделі иондар түрінде болады. Мысалы, тұқым қуалайтын белгілердің берілуіне жауапты жасушалық қосылыстар – нуклеин қышқылдары – құрамында ортофосфор қышқылының қышқылдық қалдықтарының аниондары бар.
Құрамында фосфор бар иондар жасушалардың энергиямен қамтамасыз етілуі тәуелді АТФ молекулаларына да кіреді. Бұл мақалада біз маңыздылығын растайтын мысалдар келтіремізФосфордың адам ағзасындағы рөлі және оның зат алмасуға әсері.
Ковалентті полярлық байланыстар және олардың мәні
Тірі материяны құрайтын органикалық заттардың құрылысының негізі олардың молекулаларының химиялық байланыстың белгілі бір түрін түзу қабілеті болып табылады. Ол коваленттік полярлық деп аталады және бейметалдардың атомдары арасында пайда болып, қосылыстардың негізгі химиялық сипаттамаларын анықтайды. Биохимия өсімдіктердің, саңырауқұлақтардың, жануарлардың жасушаларына түсетін заттардың молекулаларының құрамын зерттей отырып, олардың химиялық құрамын белгіледі. Олардың құрамында азот, көміртек, оттегіден басқа фосфор да бар екені белгілі болды. Адам ағзасында ол бос күйде болмайды, өйткені ол өте улы зат. Демек, тірі жүйелерде элемент металл катиондарымен байланыс түзу қабілеті бар мета-, орто- немесе пирофосфор қышқылының аниондары түрінде болады. Олар жасушаның қандай заттарында кездеседі?
Күрделі органикалық молекулалардағы фосфор
Қаңқа жүйесінің белоктары, гормондар, витаминдер және липидтер құрамында фосфоры бар күрделі иондармен күрделі қосылыстар түзеді. Адам ағзасында биологиялық белсенді заттар – ферменттер мен стероидтар молекулаларының құрамына кіретін күрделі қосылыстар – фосфолипидтер мен фосфопротеиндер бар. ДНҚ мен РНҚ нуклеотидтеріндегі коваленттік полярлық байланыстар нуклеин қышқылының тізбектеріндегі фосфодиэфирлік байланыстардың түзілуін қамтамасыз етеді. Фосфор адам ағзасына не үшін қажет және оның зат алмасудағы қызметі қандай? Алдымен бұл сұрақты ұйымның ұялы деңгейінде қарастырайық.
Фосфордың жасушаның элементтік құрамындағы орны
Цитоплазма мен органеллалардағы (0,2-1%) құрамы бойынша бейметалл органогендік элементтерден кейін төртінші орында. Фосфор қосылыстарымен ең қаныққандары тірек-қимыл аппаратының жасушалары – остеоциттер, тіс ұлпасының заты – дентин. Олардың құрамында жүйке жүйесін құрайтын нейрондар мен нейроглиялар көп. Фосфор атомдары мембраналық ақуыздарда, нуклеин қышқылдарында және энергияны көп қажет ететін заттарда – АТФ аденозинтрифосфор қышқылында және никотинамидті динуклеотидфосфаттың қалпына келтірілген түрінде – NADP×H2 кездеседі. Көріп отырғаныңыздай, адам ағзасында фосфор барлық өмірлік құрылымдарда кездеседі: жасушаларда, тіндерде, физиологиялық жүйелерде.
Ашық биологиялық жүйе болып табылатын жасушаның гомеостаз деңгейі гиалоплазмадағы және жасушааралық сұйықтықтағы әртүрлі иондардың концентрациясына байланысты екені белгілі. Фосфордың адам ағзасының ішкі ортасының тұрақтылығын сақтаудағы қызметі қандай?
Буферлік жүйе
Сыртқы қабықша арқылы жартылай өткізгіштік қасиетіне байланысты жасушаға үнемі әртүрлі заттар түседі, олардың жоғары концентрациясы оның тіршілік әрекетіне кері әсерін тигізуі мүмкін. Улы иондардың артық мөлшерін бейтараптандыру үшін цитоплазмада натрий, калий, кальций катиондарымен бірге карбонат, сульфит және фосфор қышқылдарының қышқыл қалдықтары болады. Олар жасушаға енген иондардың артық мөлшерімен әрекеттесе алады және жасушаішілік мазмұнның тұрақтылығын бақылайды. Буферлік жүйеге әлсіз қышқылдардың иондарынан басқа міндетті түрде аниондар кіредіNRO42- және N2RO4 - құрамында фосфор бар. Адам ағзасында буферлік жүйенің бөлігі ретінде жасушалық деңгейде метаболикалық реакциялардың физиологиялық қалыпты жүруін қамтамасыз етеді.
Тотықтырғыш фосфорлану
Жасушадағы органикалық қосылыстардың ыдырауы аэробты тыныс алу деп аталады. Оның орналасқан жері - митохондрия. Ферменттік комплекстер ішкі қатпарларда – органоидтардың кристалдарында орналасады. Мысалы, ATP-аза жүйесінде электрон тасымалдаушы молекулалар бар. Ферменттермен катализделген реакциялардың арқасында АТФ АДФ және фосфор қышқылының бос молекулаларынан синтезделеді - жасушалардың әмбебап энергетикалық заты, ол олардың көбеюіне, өсуіне және қозғалысына жұмсалады. Оның түзілуін жеңілдетілген реакция схемасы ретінде көрсетуге болады: ADP + F=ATP. Содан кейін цитоплазмада аденозин үшфосфор қышқылының молекулалары жиналады. Олар механикалық жұмыстарды орындау үшін энергия көзі ретінде қызмет етеді, мысалы, бұлшықет жүйесінде және пластикалық алмасу реакцияларында. Демек, адам ағзасындағы фосфор энергия алмасуында жетекші рөл атқарады.
Тұқым қуалайтын молекулалардың фосфодиэфирлік байланыстары
Атомдық фосфордың жоғары мөлшері жасуша ядросында тіркеледі, өйткені элемент нуклеин қышқылдарының құрамына кіреді. Сонау 19 ғасырда швейцариялық ғалым Ф. Мишер ашқан, олар биополимерлер болып табылады және мономерлерден – нуклеотидтерден тұрады. Фосфор барпуриндік және пиримидиндік негіздердің өзінде де, РНҚ тізбегі мен ДНҚ супер орамдарын құрайтын байланыстарда да болады. Нуклеин қышқылының мономерлері көрші нуклеотидтердің пентозалық және фосфор қышқылы қалдықтары арасында коваленттік байланыстардың пайда болуына байланысты полимер құрылымдарын түзуге қабілетті. Оларды фосфодиэфирлер деп атайды. Қатты гамма-сәулеленудің әсерінен немесе улы заттармен улану нәтижесінде адам жасушаларында пайда болатын ДНҚ және РНҚ молекулаларының бұзылуы фосфодиэфирлік байланыстардың үзілуіне байланысты болады. Бұл жасушалардың өлуіне әкеледі.
Биологиялық мембраналар
Жасушаның ішкі мазмұнын шектейтін құрылымдарда фосфор да болады. Адам ағзасында құрғақ дене салмағының 40% -ы фосфолипидтер мен фосфопротеиндер бар қосылыстарға түседі. Олар мембраналық қабаттың негізгі құрамдас бөліктері болып табылады, оның құрамында ақуыздар мен көмірсулар сияқты заттар да бар. Фосфордың жоғары мөлшері нейроциттердің мембраналарына және олардың процестеріне - дендриттер мен аксондарға тән. Фосфолипидтер мембраналарға пластикалық, сонымен қатар холестерин молекулаларының болуына байланысты беріктік береді. Олар сондай-ақ жүйке импульсін өткізуге қатысатын эффекторлық белоктардың активаторлары болып табылатын екінші хабаршылар – сигналдық молекулалардың рөлін атқарады.
Қалқанша маңы бездері және олардың фосфор алмасуындағы рөлі
Бұршаққа ұқсайтын, қалқанша безінің екі бөлігінде жатқан және әрқайсысының салмағы 0,5-0,8 г қалқанша маңы бездері қалқанша маңы безі гормонын бөледі. сияқты элементтердің алмасуын реттейдіадам ағзасындағы кальций мен фосфор. Олардың функциялары остеоциттерге және остеобласттарға - қаңқа жүйесінің жасушаларына әсер етеді, олар гормонның әсерінен жасушадан тыс сұйықтыққа фосфор қышқылының тұздарын шығара бастайды. Қалқанша маңы бездерінің гиперфункциясы кезінде адам сүйектері күшін жоғалтады, жұмсарады және ыдырайды, олардағы фосфор мөлшері күрт төмендейді. Бұл кезде науқастың өміріне қауіп төндіретін омыртқа, жамбас сүйектері мен жамбас сүйектерінің сыну қаупі артады. Сонымен бірге кальций мөлшері артады. Бұл перифериялық нервтердің зақымдану белгілерімен және қаңқа бұлшықеттерінің тонусының төмендеуімен гиперкальциемияға әкеледі. Паратироид гормоны бүйрекке де әсер етіп, фосфор тұздарының бастапқы несептен қайта сіңуін азайтады. Бүйрек тіндеріндегі фосфаттың көбеюі гиперфосфатурияны және тастардың пайда болуын тудырады.
Сүйектің минералды құрамы
Тірек жүйесінің қаттылығы, күші және серпімділігі сүйек тінінің жасушаларының химиялық құрамына байланысты. Остеоциттердің құрамында оссеин ақуызы сияқты органикалық қосылыстар да, кальций мен магний фосфат тұздары бар бейорганикалық заттар да болады. Адамның жасы ұлғайған сайын остеоциттер мен остеобласттарда гидроксиапатит сияқты минералды компоненттердің мөлшері артады. Сүйек тінінің қалыптан тыс минералдануы, адам ағзасында кальций тұздарының және артық фосфордың жиналуы қаңқаның барлық бөліктерінің серпімділігі мен беріктігінің жоғалуына әкеледі, сондықтан егде жастағы адамдар жарақаттар мен сынықтарға көбірек ұшырайды.
Ағзадағы фосфор қосылыстарының трансформациясыадам
Адам ағзасындағы ең үлкен ас қорыту безі – бауыр – құрамында фосфоры бар заттардың алмасуында жетекші рөл атқарады. Паратироид гормондары мен D дәрумені де бұл процестерге әсер етеді. Ересектер үшін элементтің тәуліктік қажеттілігі 1,0-2,0 грамм, балалар мен жасөспірімдер үшін - 2,5 г дейін. Фосфор оңай сіңетін тұздар түрінде, сондай-ақ ақуыздар мен көмірсулар бар кешендерде адам ағзасына тамақпен бірге түседі.
Күнбағыс, асқабақ, қарасора тұқымдары онымен қаныққан. Тауық бауырында, сиыр етінде, қатты ірімшіктерде, балықта жануарлардан алынатын өнімдерде фосфор көп. Денедегі фосфордың артық болуы бүйректің реабсорбциялық функциясының бұзылуынан, витаминдерді дұрыс пайдаланбаудан және тағамдағы кальцийдің жетіспеушілігінен туындауы мүмкін. Фосфордың адам ағзасына теріс әсері, ең алдымен, жүрек-тамыр жүйесі, бүйрек және сүйек аппаратының зақымдануында көрінеді және метаболизмнің ауыр бұзылыстарын көрсетуі мүмкін.
