La bioquímica es una rama de la biología que estudia la composición química tanto de las células individuales como de todo el organismo. Se sabe que casi el 98% del contenido celular incluye átomos de oxígeno, carbono, nitrógeno e hidrógeno. Estos elementos químicos se denominan organogénicos. El 1,8% recae en potasio, sodio, magnesio, cloro, fósforo. En el cuerpo humano forman parte de las sales minerales y se presentan en forma de iones simples o complejos, asegurando el curso normal de las reacciones metabólicas. Por ejemplo, los compuestos celulares más importantes responsables de la transmisión de rasgos hereditarios, los ácidos nucleicos, contienen aniones de residuos ácidos del ácido ortofosfórico.
Los iones que contienen fósforo también se incluyen en las moléculas de ATP, de las que depende el suministro de energía a las células. En este artículo, daremos ejemplos que confirman la importanteel papel del fósforo en el cuerpo humano y su efecto sobre el metabolismo.
Enlaces polares covalentes y su significado
La base de la estructura de las sustancias orgánicas que componen la materia viva es la capacidad de sus moléculas para formar cierto tipo de enlace químico. Se llama covalente polar y, al surgir entre los átomos de los no metales, determina las principales características químicas de los compuestos. La bioquímica, al estudiar la composición de las moléculas de sustancias que ingresan a las células de plantas, hongos, animales, estableció su composición química. Resultó que, además de nitrógeno, carbono, oxígeno, también incluyen fósforo. En el cuerpo humano no se presenta en estado libre, ya que es una sustancia altamente tóxica. Por lo tanto, en los sistemas vivos, el elemento tiene la forma de aniones de ácido meta-, orto- o pirofosfórico, que tienen la capacidad de formar enlaces con cationes metálicos. ¿En qué sustancias de la célula se pueden encontrar?
Fósforo en moléculas orgánicas complejas
Las proteínas del sistema óseo, las hormonas, las vitaminas y los lípidos forman compuestos complejos con iones complejos que contienen fósforo. En el cuerpo humano hay compuestos complejos: fosfolípidos y fosfoproteínas, que forman parte de las moléculas de sustancias biológicamente activas: enzimas y esteroides. Los enlaces polares covalentes en los nucleótidos de ADN y ARN proporcionan la formación de enlaces fosfodiéster en las cadenas de ácidos nucleicos. ¿Por qué se necesita fósforo en el cuerpo humano y cuáles son sus funciones en el metabolismo? Consideremos primero esta pregunta a nivel celular de organización.
El lugar del fósforo en la composición elemental de la célula
Según el contenido en el citoplasma y los orgánulos (0,2-1%), los no metales ocupan el cuarto lugar después de los elementos organogénicos. Los más saturados con compuestos de fósforo son las células del sistema musculoesquelético, los osteocitos, la sustancia del tejido dental, la dentina. Su contenido es alto en neuronas y neuroglia, que forman el sistema nervioso. Los átomos de fósforo se encuentran en las proteínas de membrana, los ácidos nucleicos y las sustancias intensivas en energía: ácido trifosfórico de adenosina ATP y en la forma reducida de fosfato de dinucleótido de nicotinamida: NADP×H2. Como puede ver, en el cuerpo humano, el fósforo se encuentra en todas las estructuras vitales: células, tejidos, sistemas fisiológicos.
Se sabe que el nivel de homeostasis de una célula, que es un sistema biológico abierto, depende de la concentración de varios iones en el hialoplasma y el líquido intercelular. ¿Cuál es la función del fósforo en el mantenimiento de la constancia del ambiente interno del cuerpo humano?
Sistema de búfer
Debido a la propiedad de semipermeabilidad a través de la membrana externa, varias sustancias ingresan constantemente a la célula, cuya alta concentración puede afectar negativamente su actividad vital. Para neutralizar el exceso de iones tóxicos, el citoplasma, junto con los cationes de sodio, potasio y calcio, contiene residuos ácidos de carbonato, sulfito y ácidos fosfóricos. Son capaces de reaccionar con un exceso de iones que han entrado en la célula y controlar la constancia del contenido intracelular. El sistema tampón, además de los iones de ácidos débiles, incluye necesariamente anionesNRO42- y N2RO4 - que contienen fósforo. En el cuerpo humano, como parte del sistema amortiguador, asegura el curso fisiológicamente normal de las reacciones metabólicas a nivel celular.
Fosforilación oxidativa
La descomposición de compuestos orgánicos en una célula se denomina respiración aeróbica. Su ubicación es la mitocondria. Los complejos de enzimas se encuentran en los pliegues internos: las crestas de los orgánulos. Por ejemplo, el sistema ATP-asa contiene moléculas transportadoras de electrones. Gracias a reacciones catalizadas por enzimas, el ATP se sintetiza a partir de ADP y moléculas libres de ácido fosfórico, la sustancia energética universal de las células, que se gasta en su reproducción, crecimiento y movimiento. Su formación se puede representar como un esquema de reacción simplificado: ADP + F=ATP. Luego, las moléculas de ácido trifosfórico de adenosina se acumulan en el citoplasma. Sirven como fuente de energía para realizar trabajo mecánico, por ejemplo, en el sistema muscular y en reacciones de intercambio plástico. En consecuencia, el fósforo en el cuerpo humano juega un papel principal en el metabolismo energético.
Enlaces fosfodiéster de moléculas hereditarias
En el núcleo celular se registra un alto contenido de fósforo atómico, ya que el elemento forma parte de los ácidos nucleicos. Descubiertos en el siglo XIX por el científico suizo F. Miescher, son biopolímeros y consisten en monómeros: nucleótidos. Fósforo presentetanto en las propias bases púricas y pirimidínicas, como en los enlaces que forman las cadenas de ARN y el superenrollamiento de ADN. Los monómeros de ácido nucleico son capaces de formar estructuras poliméricas debido a la aparición de enlaces covalentes entre los residuos de pentosa y ácido fosfórico de nucleótidos adyacentes. Se llaman fosfodiésteres. La destrucción de las moléculas de ADN y ARN que ocurre en las células humanas bajo la influencia de la radiación gamma fuerte o como resultado del envenenamiento con sustancias tóxicas se produce debido a la ruptura de los enlaces fosfodiéster. Hace que las células mueran.
Membranas biológicas
Las estructuras que limitan el contenido interno de la célula también contienen fósforo. En el cuerpo humano, hasta el 40% del peso corporal seco recae sobre compuestos que contienen fosfolípidos y fosfoproteínas. Son los componentes principales de la capa de la membrana, que también contiene sustancias como proteínas y carbohidratos. Un alto contenido de fósforo es característico de las membranas de los neurocitos y sus procesos: dendritas y axones. Los fosfolípidos dan plasticidad a las membranas y, debido a la presencia de moléculas de colesterol, también resistencia. También desempeñan el papel de segundos mensajeros: moléculas de señalización que son activadores de proteínas efectoras involucradas en la conducción de un impulso nervioso.
Las glándulas paratiroides y su papel en el metabolismo del fósforo
Las glándulas paratiroideas, que se asemejan a los guisantes, yacen en ambos lóbulos de la glándula tiroides y pesan entre 0,5 y 0,8 g cada una, y secretan hormona paratiroidea. Regula el intercambio de elementos tales comocalcio y fósforo en el cuerpo humano. Sus funciones son actuar sobre los osteocitos y los osteoblastos, células del sistema esquelético que, bajo la influencia de la hormona, comienzan a liberar sales de ácido fosfórico en el líquido extracelular. Con la hiperfunción de las glándulas paratiroides, los huesos humanos pierden fuerza, se ablandan y colapsan, el contenido de fósforo en ellos cae bruscamente. En este momento, aumenta el riesgo de fracturas de la columna vertebral, huesos pélvicos y caderas, que amenazan la vida del paciente. Al mismo tiempo, aumenta la cantidad de calcio. Esto conduce a la hipercalcemia con síntomas de daño a los nervios periféricos y una caída en el tono del músculo esquelético. La hormona paratiroidea también actúa sobre los riñones, reduciendo la reabsorción de sales de fósforo de la orina primaria. Un aumento de fosfato en los tejidos de los riñones provoca hiperfosfaturia y la formación de cálculos.
Composición mineral ósea
La dureza, resistencia y elasticidad del sistema de soporte depende de la composición química de las células del tejido óseo. Los osteocitos contienen tanto compuestos orgánicos, como la proteína oseína, como sustancias inorgánicas que contienen sales de fosfato de calcio y magnesio. A medida que una persona envejece, aumenta la cantidad de componentes minerales, como las hidroxiapatitas, en los osteocitos y los osteoblastos. La mineralización anormal del tejido óseo, la acumulación de sales de calcio y el exceso de fósforo en el cuerpo humano conducen a una pérdida de elasticidad y fuerza de todas las partes del esqueleto, por lo que las personas mayores tienen más probabilidades de sufrir lesiones y fracturas.
Transformación de compuestos de fósforo en el organismohumano
La glándula digestiva más grande del cuerpo humano, el hígado, desempeña un papel principal en el metabolismo de las sustancias que contienen fósforo. Las hormonas paratiroideas y la vitamina D también influyen en estos procesos. El requerimiento diario del elemento para adultos es de 1,0 a 2,0 gramos, para niños y adolescentes, hasta 2,5 g El fósforo en forma de sales fácilmente digeribles, así como en complejos con proteínas y carbohidratos, ingresa al cuerpo humano con los alimentos.
Girasol, calabaza, semillas de cáñamo están saturadas de ella. Hay mucho fósforo en los productos de origen animal en el hígado de pollo, la carne de res, los quesos duros y el pescado. Puede ocurrir un exceso de fósforo en el cuerpo como resultado de una violación de la función de reabsorción de los riñones, el uso inadecuado de vitaminas y la f alta de calcio en los alimentos. El efecto negativo del fósforo en el cuerpo humano se manifiesta principalmente en el daño al sistema cardiovascular, los riñones y el aparato óseo y puede indicar trastornos metabólicos graves.
