Biokimia adalah cabang biologi yang mempelajari komposisi kimia dari kedua sel individu dan seluruh organisme. Diketahui bahwa hampir 98% kandungan seluler meliputi atom oksigen, karbon, nitrogen, dan hidrogen. Unsur-unsur kimia ini disebut organogenik. 1,8% jatuh pada kalium, natrium, magnesium, klorin, fosfor. Dalam tubuh manusia, mereka adalah bagian dari garam mineral dan memiliki bentuk ion sederhana atau kompleks, memastikan jalannya reaksi metabolisme yang normal. Misalnya, senyawa sel yang paling penting yang bertanggung jawab untuk transmisi sifat herediter - asam nukleat - mengandung anion residu asam asam ortofosfat.
Ion yang mengandung fosfor juga termasuk dalam molekul ATP, di mana penyediaan sel dengan energi bergantung. Pada artikel ini, kami akan memberikan contoh yang mengkonfirmasi pentingnyaperan fosfor dalam tubuh manusia dan pengaruhnya terhadap metabolisme.
Ikatan kutub kovalen dan artinya
Dasar struktur zat organik yang menyusun materi hidup adalah kemampuan molekulnya untuk membentuk jenis ikatan kimia tertentu. Ini disebut polar kovalen dan, yang timbul di antara atom-atom non-logam, menentukan karakteristik kimia utama senyawa. Biokimia, mempelajari komposisi molekul zat yang memasuki sel tumbuhan, jamur, hewan, menetapkan komposisi kimianya. Ternyata, selain nitrogen, karbon, oksigen, mereka juga termasuk fosfor. Dalam tubuh manusia, itu tidak terjadi dalam keadaan bebas, karena merupakan zat yang sangat beracun. Oleh karena itu, dalam sistem kehidupan, unsur tersebut berbentuk anion asam meta-, orto- atau pirofosfat, yang memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan dengan kation logam. Dalam zat apa sel dapat ditemukan?
Fosfor dalam molekul organik kompleks
Protein sistem rangka, hormon, vitamin, dan lipid membentuk senyawa kompleks dengan ion kompleks yang mengandung fosfor. Dalam tubuh manusia terdapat senyawa kompleks - fosfolipid dan fosfoprotein, yang merupakan bagian dari molekul zat aktif biologis - enzim dan steroid. Ikatan polar kovalen dalam nukleotida DNA dan RNA memberikan pembentukan ikatan fosfodiester dalam rantai asam nukleat. Mengapa fosfor dibutuhkan dalam tubuh manusia dan apa fungsinya dalam metabolisme? Mari kita bahas dulu pertanyaan ini di tingkat organisasi seluler.
Tempat fosfor dalam komposisi unsur sel
Menurut kandungan dalam sitoplasma dan organel (0,2-1%), non-logam menempati urutan keempat setelah unsur organogenik. Yang paling jenuh dengan senyawa fosfor adalah sel-sel sistem muskuloskeletal - osteosit, zat jaringan gigi - dentin. Kandungannya tinggi dalam neuron dan neuroglia, yang membentuk sistem saraf. Atom fosfor ditemukan dalam protein membran, asam nukleat dan zat padat energi - asam adenosin trifosfat ATP dan dalam bentuk tereduksi nikotinamida dinukleotida fosfat - NADP×H2. Seperti yang Anda lihat, dalam tubuh manusia, fosfor ditemukan di semua struktur vital: sel, jaringan, sistem fisiologis.
Diketahui bahwa tingkat homeostasis sel, yang merupakan sistem biologis terbuka, bergantung pada konsentrasi berbagai ion dalam hialoplasma dan cairan antar sel. Apa fungsi fosfor dalam menjaga kestabilan lingkungan internal tubuh manusia?
Sistem penyangga
Karena sifat semi-permeabilitas melalui membran luar, berbagai zat terus-menerus memasuki sel, konsentrasi tinggi yang dapat mempengaruhi aktivitas vitalnya. Untuk menetralkan kelebihan ion beracun, sitoplasma, bersama dengan kation natrium, kalium, kalsium, mengandung residu asam karbonat, sulfit, dan asam fosfat. Mereka mampu bereaksi dengan kelebihan ion yang telah memasuki sel dan mengontrol keteguhan isi intraseluler. Sistem buffer, selain ion asam lemah, harus mencakup anionNRO42- dan N2RO4 - mengandung fosfor. Dalam tubuh manusia, sebagai bagian dari sistem penyangga, ini memastikan reaksi metabolisme normal secara fisiologis pada tingkat sel.
fosforilasi oksidatif
Pemecahan senyawa organik dalam sel disebut respirasi aerobik. Lokasinya adalah mitokondria. Kompleks enzim terletak di lipatan dalam - krista organel. Misalnya, sistem ATP-ase mengandung molekul pembawa elektron. Berkat reaksi yang dikatalisis oleh enzim, ATP disintesis dari ADP dan molekul bebas asam fosfat - zat energi universal sel, yang digunakan untuk reproduksi, pertumbuhan, dan pergerakannya. Pembentukannya dapat direpresentasikan sebagai skema reaksi yang disederhanakan: ADP + F=ATP. Kemudian molekul asam adenosin trifosfat menumpuk di sitoplasma. Mereka berfungsi sebagai sumber energi untuk melakukan pekerjaan mekanis, misalnya, dalam sistem otot dan dalam reaksi pertukaran plastis. Akibatnya, fosfor dalam tubuh manusia memainkan peran utama dalam metabolisme energi.
Ikatan fosfodiester dari molekul hereditas
Kandungan fosfor atom yang tinggi tercatat dalam inti sel, karena unsur tersebut merupakan bagian dari asam nukleat. Ditemukan kembali pada abad ke-19 oleh ilmuwan Swiss F. Miescher, mereka adalah biopolimer dan terdiri dari monomer - nukleotida. Fosfor hadirbaik dalam basa purin dan pirimidin itu sendiri, dan dalam ikatan yang membentuk rantai RNA dan superkoil DNA. Monomer asam nukleat mampu membentuk struktur polimer karena munculnya ikatan kovalen antara pentosa dan residu asam fosfat dari nukleotida yang berdekatan. Mereka disebut fosfodiester. Penghancuran molekul DNA dan RNA yang terjadi pada sel manusia di bawah pengaruh radiasi gamma keras atau akibat keracunan zat beracun terjadi karena pemutusan ikatan fosfodiester. Itu menyebabkan sel mati.
Membran biologis
Struktur yang membatasi isi internal sel juga mengandung fosfor. Dalam tubuh manusia, hingga 40% dari berat badan kering jatuh pada senyawa yang mengandung fosfolipid dan fosfoprotein. Mereka adalah komponen utama dari lapisan membran, yang juga mengandung zat seperti protein dan karbohidrat. Kandungan fosfor yang tinggi adalah karakteristik membran neurosit dan prosesnya - dendrit dan akson. Fosfolipid memberikan plastisitas membran, dan karena adanya molekul kolesterol, juga kekuatan. Mereka juga memainkan peran utusan kedua - molekul sinyal yang merupakan aktivator protein efektor yang terlibat dalam konduksi impuls saraf.
Kelenjar paratiroid dan perannya dalam metabolisme fosfor
Menyerupai kacang polong, terletak di kedua lobus kelenjar tiroid dan berat masing-masing 0,5-0,8 g, kelenjar paratiroid mengeluarkan hormon paratiroid. Ini mengatur pertukaran elemen sepertikalsium dan fosfor dalam tubuh manusia. Fungsinya adalah bekerja pada osteosit dan osteoblas - sel-sel sistem kerangka, yang, di bawah pengaruh hormon, mulai melepaskan garam asam fosfat ke dalam cairan ekstraseluler. Dengan hiperfungsi kelenjar paratiroid, tulang manusia kehilangan kekuatan, melunak dan runtuh, kandungan fosfor di dalamnya turun tajam. Pada saat ini, risiko patah tulang belakang, tulang panggul, dan pinggul, yang mengancam nyawa pasien, meningkat. Pada saat yang sama, jumlah kalsium meningkat. Hal ini menyebabkan hiperkalsemia dengan gejala kerusakan saraf perifer dan penurunan tonus otot rangka. Hormon paratiroid juga bekerja pada ginjal, mengurangi reabsorpsi garam fosfor dari urin primer. Peningkatan fosfat di jaringan ginjal menyebabkan hiperfosfaturia dan pembentukan batu.
Komposisi mineral tulang
Kekerasan, kekuatan dan elastisitas sistem pendukung tergantung pada komposisi kimia sel jaringan tulang. Osteosit mengandung senyawa organik, seperti protein ossein, dan zat anorganik yang mengandung garam kalsium dan magnesium fosfat. Seiring bertambahnya usia seseorang, jumlah komponen mineral, seperti hidroksiapatit, dalam osteosit dan osteoblas meningkat. Mineralisasi jaringan tulang yang tidak normal, akumulasi garam kalsium dan fosfor berlebih dalam tubuh manusia menyebabkan hilangnya elastisitas dan kekuatan semua bagian kerangka, sehingga orang tua lebih berisiko mengalami cedera dan patah tulang.
Transformasi senyawa fosfor dalam tubuhmanusia
Kelenjar pencernaan terbesar di tubuh manusia - hati - memainkan peran utama dalam metabolisme zat yang mengandung fosfor. Hormon paratiroid dan vitamin D juga mempengaruhi proses ini. Kebutuhan harian elemen untuk orang dewasa adalah 1,0-2,0 gram, untuk anak-anak dan remaja - hingga 2,5 g Fosfor dalam bentuk garam yang mudah dicerna, serta dalam kompleks dengan protein dan karbohidrat, memasuki tubuh manusia dengan makanan.
Bunga matahari, labu, biji rami jenuh dengan itu. Ada banyak fosfor dalam produk hewani di hati ayam, daging sapi, keju keras, dan ikan. Kelebihan fosfor dalam tubuh dapat terjadi sebagai akibat dari pelanggaran fungsi reabsorpsi ginjal, penggunaan vitamin yang tidak tepat, dan kekurangan kalsium dalam makanan. Efek negatif fosfor pada tubuh manusia dimanifestasikan terutama dalam kerusakan sistem kardiovaskular, ginjal dan peralatan tulang dan dapat mengindikasikan gangguan metabolisme yang serius.
