Կենսաքիմիան կենսաբանության ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է ինչպես առանձին բջիջների, այնպես էլ ամբողջ օրգանիզմի քիմիական կազմը։ Հայտնի է, որ բջջային պարունակության գրեթե 98%-ը ներառում է թթվածնի, ածխածնի, ազոտի և ջրածնի ատոմներ: Այս քիմիական տարրերը կոչվում են օրգանոգեն: 1,8%-ը բաժին է ընկնում կալիումին, նատրիումին, մագնեզիումին, քլորին, ֆոսֆորին։ Մարդու օրգանիզմում դրանք հանքային աղերի մաս են կազմում և ունեն պարզ կամ բարդ իոնների ձև՝ ապահովելով նյութափոխանակության ռեակցիաների բնականոն ընթացքը։ Օրինակ՝ ժառանգական հատկանիշների փոխանցման համար պատասխանատու բջջային ամենակարևոր միացությունները՝ նուկլեինաթթուները, պարունակում են օրթոֆոսֆորական թթվի թթվային մնացորդների անիոններ։
Ֆոսֆոր պարունակող իոններ ընդգրկված են նաև ATP մոլեկուլներում, որոնցից կախված է բջիջների էներգիայի ապահովումը։ Այս հոդվածում մենք կտանք օրինակներ, որոնք հաստատում են կարևորըֆոսֆորի դերը մարդու մարմնում և դրա ազդեցությունը նյութափոխանակության վրա։
Կովալենտային բևեռային կապերը և դրանց նշանակությունը
Օրգանական նյութերի կառուցվածքի հիմքը, որոնք կազմում են կենդանի նյութը, նրանց մոլեկուլների՝ որոշակի տեսակի քիմիական կապ ստեղծելու կարողությունն է: Այն կոչվում է կովալենտ բևեռային և առաջանալով ոչ մետաղների ատոմների միջև՝ որոշում է միացությունների հիմնական քիմիական բնութագրերը։ Կենսաքիմիան, ուսումնասիրելով բույսերի, սնկերի, կենդանիների բջիջներ մտնող նյութերի մոլեկուլների բաղադրությունը, հաստատել է դրանց քիմիական բաղադրությունը։ Պարզվել է, որ ազոտից, ածխածնից, թթվածնից բացի, դրանք ներառում են նաև ֆոսֆոր։ Մարդու օրգանիզմում այն ազատ վիճակում չի լինում, քանի որ խիստ թունավոր նյութ է։ Հետևաբար, կենդանի համակարգերում տարրը ունի մետա-, օրթո- կամ պիրոֆոսֆորական թթվի անիոնների ձև, որոնք ունեն մետաղական կատիոնների հետ կապեր ստեղծելու հատկություն։ Բջջի ո՞ր նյութերում են դրանք հայտնաբերվել։
Ֆոսֆոր բարդ օրգանական մոլեկուլներում
Կմախքային համակարգի սպիտակուցները, հորմոնները, վիտամինները և լիպիդները ֆոսֆոր պարունակող բարդ իոնների հետ կազմում են բարդ միացություններ: Մարդու մարմնում կան բարդ միացություններ՝ ֆոսֆոլիպիդներ և ֆոսֆոպրոտեիններ, որոնք կենսաբանորեն ակտիվ նյութերի՝ ֆերմենտների և ստերոիդների մոլեկուլների մի մասն են։ ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի նուկլեոտիդներում կովալենտային բևեռային կապերը ապահովում են ֆոսֆոդիստերային կապերի ձևավորում նուկլեինաթթուների շղթաներում։ Ինչու՞ է ֆոսֆորն անհրաժեշտ մարդու օրգանիզմում և ի՞նչ գործառույթներ ունի այն նյութափոխանակության մեջ: Եկեք նախ դիտարկենք այս հարցը կազմակերպության բջջային մակարդակում:
Ֆոսֆորի տեղը բջջի տարերային բաղադրության մեջ
Ըստ ցիտոպլազմայի և օրգանելների պարունակության (0,2-1%) ոչ մետաղը օրգանածին տարրերից հետո չորրորդ տեղում է։ Ֆոսֆորի միացություններով ամենահագեցածը հենաշարժական համակարգի բջիջներն են՝ օստեոցիտները, ատամնային հյուսվածքի նյութը՝ դենտինը։ Դրանց պարունակությունը մեծ է նեյրոնների և նեյրոգլիայի մեջ, որոնք կազմում են նյարդային համակարգը: Ֆոսֆորի ատոմները հայտնաբերված են թաղանթային սպիտակուցներում, նուկլեինաթթուներում և էներգիա ինտենսիվ նյութերում՝ ATP ադենոզինտրիֆոսֆորական թթու և նիկոտինամիդ դինուկլեոտիդ ֆոսֆատի կրճատված ձևում՝ NADP×H2: Ինչպես տեսնում եք, մարդու մարմնում ֆոսֆորը առկա է բոլոր կենսական կառույցներում՝ բջիջներում, հյուսվածքներում, ֆիզիոլոգիական համակարգերում:
Հայտնի է, որ բջիջի հոմեոստազի մակարդակը, որը բաց կենսաբանական համակարգ է, կախված է տարբեր իոնների կոնցենտրացիայից հիալոպլազմայում և միջբջջային հեղուկում։ Ո՞րն է ֆոսֆորի գործառույթը մարդու մարմնի ներքին միջավայրի կայունությունը պահպանելու գործում:
Բուֆերային համակարգ
Արտաքին թաղանթով կիսաթափանցելիության հատկության շնորհիվ բջջ անընդհատ ներթափանցում են տարբեր նյութեր, որոնց բարձր կոնցենտրացիան կարող է բացասաբար անդրադառնալ նրա կենսագործունեության վրա։ Թունավոր իոնների ավելցուկը չեզոքացնելու համար ցիտոպլազմը նատրիումի, կալիումի, կալցիումի կատիոնների հետ պարունակում է կարբոնատ, սուլֆիտ և ֆոսֆորական թթուների թթվային մնացորդներ։ Նրանք կարողանում են արձագանքել բջիջ մտած իոնների ավելցուկի հետ և վերահսկել ներբջջային պարունակության կայունությունը։ Բուֆերային համակարգը, բացի թույլ թթուների իոններից, պարտադիր ներառում է անիոններNRO42- և N2RO4 - ֆոսֆոր պարունակող: Մարդու մարմնում, որպես բուֆերային համակարգի մաս, այն ապահովում է նյութափոխանակության ռեակցիաների ֆիզիոլոգիապես նորմալ ընթացքը բջջային մակարդակում։
Օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացում
Բջջում օրգանական միացությունների քայքայումը կոչվում է աերոբ շնչառություն: Նրա գտնվելու վայրը միտոքոնդրիան է: Ֆերմենտային կոմպլեքսները տեղակայված են ներքին ծալքերի վրա՝ օրգանելների կրիստաների վրա։ Օրինակ, ATP-ase համակարգը պարունակում է էլեկտրոնների կրող մոլեկուլներ: Ֆերմենտների կողմից կատալիզացված ռեակցիաների շնորհիվ ATP-ն սինթեզվում է ADP-ից և ֆոսֆորաթթվի ազատ մոլեկուլներից՝ բջիջների ունիվերսալ էներգետիկ նյութը, որը ծախսվում է դրանց վերարտադրության, աճի և շարժման վրա: Դրա ձևավորումը կարող է ներկայացվել որպես ռեակցիայի պարզեցված սխեմա՝ ADP + F=ATP: Այնուհետեւ ցիտոպլազմայում կուտակվում են ադենոզին տրիֆոսֆորաթթվի մոլեկուլները։ Նրանք ծառայում են որպես էներգիայի աղբյուր մեխանիկական աշխատանք կատարելու համար, օրինակ՝ մկանային համակարգում և պլաստիկ փոխանակման ռեակցիաներում։ Հետևաբար, ֆոսֆորը մարդու մարմնում առաջատար դեր է խաղում էներգիայի նյութափոխանակության մեջ։
Ժառանգական մոլեկուլների ֆոսֆոդիստերային կապեր
Ատոմային ֆոսֆորի բարձր պարունակությունը գրանցվում է բջջի միջուկում, քանի որ տարրը նուկլեինաթթուների մասն է: Հայտնաբերվել են դեռ 19-րդ դարում շվեյցարացի գիտնական Ֆ. Միշերի կողմից, դրանք կենսապոլիմերներ են և բաղկացած են մոնոմերներից՝ նուկլեոտիդներից։ Ներկա ֆոսֆորև՛ պուրինային, և՛ պիրիմիդինային հիմքերում, և՛ կապերում, որոնք կազմում են ՌՆԹ շղթաները և ԴՆԹ-ի սուպերգլուխը։ Նուկլեինաթթուների մոնոմերները ունակ են ձևավորել պոլիմերային կառուցվածքներ հարակից նուկլեոտիդների պենտոզայի և ֆոսֆորական թթվի մնացորդների միջև կովալենտային կապերի առաջացման պատճառով: Դրանք կոչվում են ֆոսֆոդիստերներ։ ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի մոլեկուլների ոչնչացումը, որը տեղի է ունենում մարդու բջիջներում կոշտ գամմա ճառագայթման ազդեցության տակ կամ թունավոր նյութերով թունավորվելու հետևանքով, տեղի է ունենում ֆոսֆոդիստերային կապերի խզման պատճառով: Դա հանգեցնում է բջիջների մահվան:
Կենսաբանական թաղանթներ
Բջջի ներքին պարունակությունը սահմանափակող կառուցվածքները պարունակում են նաև ֆոսֆոր: Մարդու մարմնում չոր մարմնի քաշի մինչև 40%-ը բաժին է ընկնում ֆոսֆոլիպիդներ և ֆոսֆոպրոտեիններ պարունակող միացություններին։ Դրանք թաղանթային շերտի հիմնական բաղադրիչներն են, որոնք պարունակում են նաև այնպիսի նյութեր, ինչպիսիք են սպիտակուցները և ածխաջրերը։ Ֆոսֆորի բարձր պարունակությունը բնորոշ է նեյրոցիտների թաղանթներին և դրանց գործընթացներին՝ դենդրիտներին և աքսոններին։ Ֆոսֆոլիպիդները թաղանթներին տալիս են պլաստիկություն, իսկ խոլեստերինի մոլեկուլների առկայության շնորհիվ՝ նաև ամրություն։ Նրանք նաև խաղում են երկրորդ սուրհանդակների դերը՝ ազդանշանային մոլեկուլներ, որոնք ակտիվացնող են էֆեկտոր սպիտակուցները, որոնք ներգրավված են նյարդային ազդակների փոխանցման մեջ:
Պարաթիրոիդ գեղձերը և նրանց դերը ֆոսֆորի նյութափոխանակության մեջ
Վահանաձև գեղձի երկու բլթերի վրա ընկած և յուրաքանչյուրը 0,5-0,8 գ կշռող ոլոռ հիշեցնող պարաթիրոիդ գեղձերը արտազատում են պարաթիրոիդ հորմոն։ Այն կարգավորում է այնպիսի տարրերի փոխանակումը, ինչպիսիք ենկալցիում և ֆոսֆոր մարդու մարմնում. Նրանց գործառույթներն են՝ ազդել օստեոցիտների և օստեոբլաստների վրա՝ կմախքային համակարգի բջիջների վրա, որոնք հորմոնի ազդեցության տակ սկսում են արտաբջջային հեղուկի մեջ արտազատել ֆոսֆորաթթվի աղերը։ Պարաթիրոիդ գեղձերի հիպերֆունկցիայի դեպքում մարդու ոսկորները կորցնում են ուժը, փափկվում և փլուզվում են, դրանցում ֆոսֆորի պարունակությունը կտրուկ նվազում է: Այս պահին մեծանում է ողնաշարի, կոնքի ոսկորների և ազդրերի կոտրվածքների վտանգը, որոնք սպառնում են հիվանդի կյանքին։ Միաժամանակ ավելանում է կալցիումի քանակությունը։ Սա հանգեցնում է հիպերկալցեմիայի՝ ծայրամասային նյարդերի վնասման ախտանիշներով և կմախքի մկանների տոնուսի անկմամբ։ Պարաթիրոիդ հորմոնը գործում է նաև երիկամների վրա՝ նվազեցնելով առաջնային մեզի ֆոսֆորի աղերի վերաներծծումը։ Երիկամների հյուսվածքներում ֆոսֆատի ավելացումը առաջացնում է հիպերֆոսֆատուրիա և քարերի ձևավորում։
Ոսկրային հանքային բաղադրություն
Աջակցող համակարգի կարծրությունը, ամրությունը և առաձգականությունը կախված է ոսկրային հյուսվածքի բջիջների քիմիական կազմից: Օստեոցիտները պարունակում են ինչպես օրգանական միացություններ, ինչպիսիք են սպիտակուցը ossein-ը, այնպես էլ անօրգանական նյութեր, որոնք պարունակում են կալցիումի և մագնեզիումի ֆոսֆատ աղեր: Տարիքի հետ մարդն ավելանում է օստեոցիտներում և օստեոբլաստներում հանքային բաղադրիչների քանակը, ինչպիսիք են հիդրօքսիապատիտները: Ոսկրային հյուսվածքի աննորմալ հանքայնացումը, կալցիումի աղերի և ավելցուկային ֆոսֆորի կուտակումը մարդու մարմնում հանգեցնում են կմախքի բոլոր մասերի առաձգականության և ամրության կորստի, ուստի տարեց մարդիկ ավելի հավանական է, որ ենթարկվեն վնասվածքների և կոտրվածքների:
Ֆոսֆորի միացությունների փոխակերպումը մարմնումմարդ
Մարդու օրգանիզմի ամենամեծ մարսողական գեղձը՝ լյարդը, առաջատար դեր է խաղում ֆոսֆոր պարունակող նյութերի նյութափոխանակության մեջ։ Այս գործընթացների վրա ազդում են նաև պարաթիրոիդ հորմոնները և վիտամին D-ն։ Մեծահասակների համար տարրի օրական պահանջը 1,0-2,0 գրամ է, երեխաների և դեռահասների համար՝ մինչև 2,5 գ, ֆոսֆորը հեշտ մարսվող աղերի տեսքով, ինչպես նաև սպիտակուցներով և ածխաջրերով կոմպլեքսներով, սննդի հետ մտնում է մարդու օրգանիզմ։
Արևածաղկի, դդմի, կանեփի սերմերը հագեցված են դրանով։ Հավի լյարդում, տավարի միսում, պինդ պանիրներում և ձկան մեջ կենդանական ծագման մթերքներում շատ ֆոսֆոր կա: Օրգանիզմում ֆոսֆորի ավելցուկը կարող է առաջանալ երիկամների ռեաբսորբցիոն ֆունկցիայի խախտման, վիտամինների ոչ պատշաճ օգտագործման և սննդի մեջ կալցիումի բացակայության հետևանքով։ Ֆոսֆորի բացասական ազդեցությունը մարդու օրգանիզմի վրա դրսևորվում է հիմնականում սրտանոթային համակարգի, երիկամների և ոսկրային ապարատի վնասումով և կարող է վկայել նյութափոխանակության լուրջ խանգարումների մասին։
