Биологическая роль азота, фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута

Азот и фосфор относятся к макроэлементам, массовая доля азота в организме человека 3,1%, фосфора – 0,95%. Мышьяк, сурьма и висмут относятся к примесным элементам, массовая доля их в организме человека составляет 10^-6%.

Азот – органоген номер четыре. Значимость его для живого орга­низма очень высока, именно он, наряду с углеродом, водородом и кис­лородом, входит в состав жизненно важных аминокислот:

R–CН–(NH₂)–СООН,

которые образуют ДНК, РНК и белки – основу жизни. Во многих био­неорганических комплексах (гормоны, ферменты и др.) атом азота по донорно­акцепторному механизму связывает органическую и неорганическую части молекулы, например, гемоглобин.

Фосфор – органоген номер пять, играет исключительно важную роль в обмене веществ. Суточная потребность человека в фосфоре составляет 1,3 г. Фосфор настолько распространен в пищевых продуктах, что случаи его явной недостаточности практически неизвестны. Однако не весь фосфор, содержащийся в продуктах, может всасываться, поскольку его всасыва­ние зависит от многих факторов: рН, соотношения между содержанием кальция и фосфора в пище, наличия в пище жирных кислот.

В организме фосфор присутствует в виде фосфат-иона, который входит в состав неорганических и органических веществ. Фосфор обнаружен во всех клетках организма. Больше всего фосфора содержится в костях и скелетной мускулатуре. Основным минеральным компонентом костной и зубной тканей является Ca₅(PO₄)₃OH.

Мембраны клеток в значительной степени состоят из фосфолипидов. Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, нуклеотидов и других биологически активных соединений.

Универсальным источником энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах, является АТФ – аденозинтрифосфа́т, в молекуле которого содержатся три остатка фосфорной кислоты:

В организме происходит реакция гидролиза АТФ, в результате которой разрывается связь Р ~ О и выделяется значительное количество энергии. Поэтому указанную связь называют макроэргической. При рН = 7,0 АТФ существует в виде аниона АТФ^4-, так как все фосфатные группы при этом значении рН ионизированы. Гидролиз АТФ можно записать в виде уравнения:

АТФ^4- + Н₂О → АДФ^3- + Н₂РО₄^-

Гидролиз макроэргических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению энергии, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль.

Живые организмы не могут обходиться без фосфора. Сахара и жирные кислоты не могут быть использованы клетками в ка­честве источников энергии без предварительного фосфорилирования.

Совокупность гидро- и дигидрофосфатов в крови образует фосфатную буферную систему, которая вместе с другими буферными системами обеспечивает постоянство рН крови.

Мышьяк, сурьма и висмут постоянно находятся в живых организмах, но их физиологическая роль практически не выяснена. Ионы Аs ³⁺ и Sb³⁺ и в меньшей степени Bi³⁺ являются синергистами. Мышьяк и сурьма накапливаются в щитовидной железе, угнетают её функцию, вызывая эндемический зоб.