La biochimie est une branche de la biologie qui étudie la composition chimique des cellules individuelles et de l'organisme entier. On sait que près de 98 % du contenu cellulaire comprend des atomes d'oxygène, de carbone, d'azote et d'hydrogène. Ces éléments chimiques sont appelés organogènes. 1,8% tombe sur le potassium, le sodium, le magnésium, le chlore, le phosphore. Dans le corps humain, ils font partie des sels minéraux et se présentent sous la forme d'ions simples ou complexes, assurant le déroulement normal des réactions métaboliques. Par exemple, les composés cellulaires les plus importants responsables de la transmission des traits héréditaires - les acides nucléiques - contiennent des anions de résidus acides d'acide orthophosphorique.
Les ions contenant du phosphore sont également inclus dans les molécules d'ATP, dont dépend la fourniture d'énergie aux cellules. Dans cet article, nous donnerons des exemples qui confirment l'importancele rôle du phosphore dans le corps humain et son effet sur le métabolisme.
Liaisons polaires covalentes et leur signification
La base de la structure des substances organiques qui composent la matière vivante est la capacité de leurs molécules à former un certain type de liaison chimique. Il est appelé polaire covalent et, naissant entre les atomes de non-métaux, détermine les principales caractéristiques chimiques des composés. La biochimie, étudiant la composition des molécules de substances entrant dans les cellules des plantes, des champignons, des animaux, a établi leur composition chimique. Il s'est avéré qu'en plus de l'azote, du carbone, de l'oxygène, ils comprennent également du phosphore. Dans le corps humain, il ne se produit pas à l'état libre, car il s'agit d'une substance hautement toxique. Par conséquent, dans les systèmes vivants, l'élément a la forme d'anions d'acide méta-, ortho- ou pyrophosphorique, qui ont la capacité de former des liaisons avec des cations métalliques. Dans quelles substances de la cellule peut-on les trouver ?
Le phosphore dans les molécules organiques complexes
Les protéines du système squelettique, les hormones, les vitamines et les lipides forment des composés complexes avec des ions complexes contenant du phosphore. Dans le corps humain, il existe des composés complexes - les phospholipides et les phosphoprotéines, qui font partie des molécules de substances biologiquement actives - les enzymes et les stéroïdes. Les liaisons polaires covalentes dans les nucléotides d'ADN et d'ARN permettent la formation de liaisons phosphodiester dans les chaînes d'acide nucléique. Pourquoi le phosphore est-il nécessaire dans le corps humain et quelles sont ses fonctions dans le métabolisme ? Considérons d'abord cette question au niveau cellulaire de l'organisation.
La place du phosphore dans la composition élémentaire de la cellule
Selon le contenu dans le cytoplasme et les organites (0,2-1%), le non-métal occupe la quatrième place après les éléments organogènes. Les plus saturées en composés de phosphore sont les cellules du système musculo-squelettique - les ostéocytes, la substance du tissu dentaire - la dentine. Leur contenu est élevé en neurones et en névroglie, qui constituent le système nerveux. Les atomes de phosphore se trouvent dans les protéines membranaires, les acides nucléiques et les substances énergivores - l'acide adénosine triphosphorique ATP et sous la forme réduite du nicotinamide dinucléotide phosphate - NADP×H2. Comme vous pouvez le voir, dans le corps humain, le phosphore se trouve dans toutes les structures vitales: cellules, tissus, systèmes physiologiques.
On sait que le niveau d'homéostasie d'une cellule, qui est un système biologique ouvert, dépend de la concentration de divers ions dans l'hyaloplasme et le liquide intercellulaire. Quelle est la fonction du phosphore dans le maintien de la constance de l'environnement interne du corps humain ?
Système tampon
En raison de la propriété de semi-perméabilité à travers la membrane externe, diverses substances pénètrent constamment dans la cellule, dont une concentration élevée peut nuire à son activité vitale. Pour neutraliser l'excès d'ions toxiques, le cytoplasme, ainsi que les cations sodium, potassium et calcium, contient des résidus acides d'acides carbonate, sulfite et phosphorique. Ils sont capables de réagir avec un excès d'ions qui sont entrés dans la cellule et de contrôler la constance du contenu intracellulaire. Le système tampon, en plus des ions d'acides faibles, comprend nécessairement des anionsNRO42- et N2RO4 - contenant du phosphore. Dans le corps humain, en tant que partie du système tampon, il assure le déroulement physiologiquement normal des réactions métaboliques au niveau cellulaire.
Phosphorylation oxydative
La décomposition des composés organiques dans une cellule s'appelle la respiration aérobie. Son emplacement est la mitochondrie. Les complexes enzymatiques sont situés sur les plis internes - les crêtes des organites. Par exemple, le système ATP-ase contient des molécules porteuses d'électrons. Grâce à des réactions catalysées par des enzymes, l'ATP est synthétisé à partir d'ADP et de molécules libres d'acide phosphorique - la substance énergétique universelle des cellules, qui est dépensée pour leur reproduction, leur croissance et leur mouvement. Sa formation peut être représentée par un schéma réactionnel simplifié: ADP + F=ATP. Ensuite, les molécules d'acide adénosine triphosphorique s'accumulent dans le cytoplasme. Ils servent de source d'énergie pour effectuer un travail mécanique, par exemple dans le système musculaire et dans les réactions d'échange plastique. Par conséquent, le phosphore dans le corps humain joue un rôle majeur dans le métabolisme énergétique.
Liaisons phosphodiester des molécules héréditaires
Une teneur élevée en phosphore atomique est enregistrée dans le noyau cellulaire, puisque l'élément fait partie des acides nucléiques. Découverts au 19ème siècle par le scientifique suisse F. Miescher, ce sont des biopolymères et se composent de monomères - nucléotides. Phosphore présentà la fois dans les bases puriques et pyrimidiques elles-mêmes, et dans les liaisons qui forment les chaînes d'ARN et le superenroulement d'ADN. Les monomères d'acide nucléique sont capables de former des structures polymères en raison de l'émergence de liaisons covalentes entre les résidus pentose et acide phosphorique des nucléotides adjacents. Ils sont appelés phosphodiesters. La destruction des molécules d'ADN et d'ARN qui se produit dans les cellules humaines sous l'influence d'un rayonnement gamma dur ou à la suite d'un empoisonnement par des substances toxiques se produit en raison de la rupture des liaisons phosphodiester. Il provoque la mort des cellules.
Membranes biologiques
Les structures qui limitent le contenu interne de la cellule contiennent également du phosphore. Dans le corps humain, jusqu'à 40% du poids corporel sec tombe sur des composés contenant des phospholipides et des phosphoprotéines. Ce sont les principaux composants de la couche membranaire, qui contient également des substances telles que des protéines et des glucides. Une teneur élevée en phosphore est caractéristique des membranes des neurocytes et de leurs processus - dendrites et axones. Les phospholipides confèrent aux membranes de la plasticité et, en raison de la présence de molécules de cholestérol, également de la résistance. Ils jouent également le rôle de seconds messagers - des molécules de signalisation qui sont des activateurs de protéines effectrices impliquées dans la conduction de l'influx nerveux.
Glandes parathyroïdes et leur rôle dans le métabolisme du phosphore
Ressemblant à des pois, se trouvant sur les deux lobes de la glande thyroïde et pesant 0,5 à 0,8 g chacun, les glandes parathyroïdes sécrètent l'hormone parathyroïdienne. Il régule l'échange d'éléments tels quecalcium et phosphore dans le corps humain. Leurs fonctions sont d'agir sur les ostéocytes et les ostéoblastes - des cellules du système squelettique qui, sous l'influence de l'hormone, commencent à libérer des sels d'acide phosphorique dans le liquide extracellulaire. Avec l'hyperfonctionnement des glandes parathyroïdes, les os humains perdent de leur force, se ramollissent et s'effondrent, leur teneur en phosphore chute fortement. À ce moment, le risque de fractures de la colonne vertébrale, des os du bassin et des hanches, qui menacent la vie du patient, augmente. Dans le même temps, la quantité de calcium augmente. Cela conduit à une hypercalcémie avec des symptômes de lésions nerveuses périphériques et une baisse du tonus musculaire squelettique. L'hormone parathyroïdienne agit également sur les reins, réduisant la réabsorption des sels de phosphore de l'urine primaire. Une augmentation du phosphate dans les tissus des reins provoque une hyperphosphaturie et la formation de calculs.
Composition minérale osseuse
La dureté, la résistance et l'élasticité du système de support dépendent de la composition chimique des cellules du tissu osseux. Les ostéocytes contiennent à la fois des composés organiques, tels que l'osséine protéique, et des substances inorganiques contenant des sels de phosphate de calcium et de magnésium. À mesure qu'une personne vieillit, la quantité de composants minéraux, tels que les hydroxyapatites, dans les ostéocytes et les ostéoblastes augmente. La minéralisation anormale du tissu osseux, l'accumulation de sels de calcium et l'excès de phosphore dans le corps humain entraînent une perte d'élasticité et de résistance de toutes les parties du squelette, de sorte que les personnes âgées sont plus susceptibles d'être à risque de blessures et de fractures.
Transformation des composés phosphorés dans l'organismehumain
La plus grande glande digestive du corps humain - le foie - joue un rôle majeur dans le métabolisme des substances contenant du phosphore. Les hormones parathyroïdiennes et la vitamine D influencent également ces processus. Les besoins quotidiens de l'élément pour les adultes sont de 1,0 à 2,0 grammes, pour les enfants et les adolescents - jusqu'à 2,5 g. Le phosphore sous forme de sels facilement digestibles, ainsi que dans des complexes avec des protéines et des glucides, pénètre dans le corps humain avec de la nourriture.
Tournesol, citrouille, graines de chanvre en sont saturés. Il y a beaucoup de phosphore dans les produits d'origine animale dans le foie de poulet, le bœuf, les fromages à pâte dure et le poisson. Un excès de phosphore dans le corps peut survenir à la suite d'une violation de la fonction de réabsorption des reins, d'une mauvaise utilisation des vitamines et d'un manque de calcium dans les aliments. L'effet négatif du phosphore sur le corps humain se manifeste principalement par des dommages au système cardiovasculaire, aux reins et à l'appareil osseux et peut indiquer de graves troubles métaboliques.
