Фосфор и его роль в организме человека

Введение
Актуальность темы исследования. Организм человека – это сложная, состоящая из множества компонентов биологическая система. Каждый из компонентов, будь то клетка, ткань, орган, связан между собой, взаимодействует с окружающей средой.
Как и любая система, организм человека не может быть изолированным, закрытым, в нем предусмотрены пути входа и выхода информации. В частности, организм получает извне питательные вещества, воду, витамины, минералы, которые затем используются в организме как строительный материал, источник энергии, входит в состав ферментов, гормонов и т.д. Одним из веществ, которое имеет колоссальное значение для организма человека, является фосфор. В частности, фосфор входит в состав нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфолипидов, фосфопротеидов, ферментов, в виде солей (гидроксилапатит, фторапатит) фосфор входит в состав костей, эмали зубов человека. При нарушении обмена фосфора, дефиците его в рационе питания появляются различные патологии, опасные для жизни человека.
Таким образом, изучение роли фосфора в организме человека – это актуальная задача современной науки, чем и объясняется выбор данной темы.
Цель исследования состоит в изучении фосфора как биогенного элемента, его значения в организме человека.
Задачи исследования:
1. Охарактеризовать строение, свойства фосфора.
2. Выявить роль фосфора в организме человека.
3. На практическом примере изучить проблему дефицита фосфора в рационе питания человека и методы ее коррекции.
Объект исследования – роль фосфора в организме человека.
Предмет исследования – методы коррекции дефицита фосфора в организме человека как средство предупреждения его дефицита.
Методы исследования: анализ литературы по проблеме исследование, анализ рациона питания, подбор рациона питания.

Глава 1. Особенности фосфора и его роль для организма человека
1.1. История открытия фосфора
Фосфор был открыт немецким алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 году. Бранд делал попытки изобрести философский камень, но получил светящееся вещество. Это вещество было получено из человеческой мочи, т.е. Бранд предполагал, что она, имея золотистый цвет, может содержать золото. Он выпаривал мочу, смешивал остаток с углем, песком. Вскоре в реторте появился фосфор, который был назван «чудотворным носителем света» (phosphorus mirabilis).
Позже фосфор был получен Иоганном Кункелем.
Независимо от Бранда и Кункеля фосфор получил Р. Бойль, который описал этот способ в статье «Способе приготовления фосфора из человеческой мочи» в 1680 году.
Усовершенствованный способ получения фосфора был разработан А. Маргграфом в 1743 году .
Таким образом, фосфор известен человеку еще с античных времен.
1.2. Строение фосфора, его физические и химические свойства
Фосфор – это химический элемент с порядковым номером 15, относящийся к 15 группе третьей подгруппы периодической системы Д.И. Менделеева. Относительная атомная масса фосфора – 30,973, радиус атома – 128 пм, ковалентный радиус – 106 пм, электроотрицательность по Полингу – 2,19. Фосфор представляет собой типичный неметалл.
Распишем электронную конфигурацию фосфора – 15P.
У фосфора 15 электроном в атоме.
Т.е. в основном состоянии фосфор – это элемент, у которого на внешнем энергетическом уровне имеется три неспаренных, т.е. валентных электрона. Говорят, что фосфор трехвалентен.
3d
3р ↑ ↑ ↑
3s ↑↓
2p ↑↓ ↑↓ ↑↓
2s ↑↓
1s ↑↓
Поскольку на третьем энергетическом уровне у фосфора имеется 3d-подуровень, а на 3s-подуровне есть два спаренных электрона, то фосфор может переходит в возбужденное состояние. При этом пара электронов с 3s-подуровня распаривается и один электрон переходит на 3d-подуровень. Получаем:
3d ↑
3р ↑ ↑ ↑
3s ↑
2p ↑↓ ↑↓ ↑↓
2s ↑↓
1s ↑↓
Такая форма фосфора имеет пять валентных электронов, т.е. в данном случае он пятивалентен .
Примером соединений фосфора с валентностью III явлется фосфин (РН3), трихлорид фосфора (PCl3), с валентностью V – пентахлорид фосфора (PCl5).
По распространенности в природе фосфор опережает серру, азот, хлор. В природе фосфор встречается только в виде соединений, в частности в виде фосфорита (Ca3(PO4)2), апатита (3Ca3(PO4)2·CaF2). Также фосфор входит в состав тканей живых организмов, о чем речь пойдет в части 1.2. настоящего исследования .
Существует несколько аллотропных модификаций фосфора:
– Белый фосфор (Р4) – это твердое кристаллическое вещество, которое легко режется ножом, деформируется, имеет плотность 1,83 г/см3, температуру плавления в 44,10С, температуру кипения – в 280,50С. Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решетку с 4 атомами, расположенными в форме тетраэдра. Белый фосфор светится в темноте, чрезвычайно ядовит, способен на воздухе самовоспламеняться, поэтому его необходимо хранить под водой, поскольку в воде он не растворим. Вместе с тем, белый фосфор растворяется в органических растворителях. С химический точки зрения белый фосфор очень активен.
– Красный фосфор (Рn) – это полимер, обладающий сложной структурой, имеющий красный, фиолетовый цвет, имеет вид кристаллов. Красный фосфор имеет плотность 2,20 г/см3, температуру возгорания – в 4290С. Красный фосфор не растворим в воде, растворим в органических растворителях. Химически он не такой активный, как белый фосфор, не ядовит, не светится в темноте. При перегонке красный фосфор конденсируется в белый фосфор.
– Черный фосфор – это твердое вещество, которое образуется при нагревании красного фосфора до температуры в 2200С. Плотность черного фосфора – 2,69 г/см3, температура возгорания – 4530С. Черный фосфор растворим в серной кислоте, ряде органических растворителей. Черный фосфор проводит электрический ток.
Во всех аллотропных модификациях фосфор – это активный неметалл. В частности, фосфор легко взаимодействует с кислородом:
4Р + 3O2 → 2P2O3; 4P + 5O2 → 2P2O5¬
При взаимодействии с водородом при нагревании образуется фосфин:
4Р + 6Н2 → 4PН3
Не менее активно реакция происходит с хлором и другими галогенами:
2Р + 3Cl2 → 2PCl3; 2P + 5Cl2 → 2PCl5
При нагревании происходит взаимодействие с серой:
2Р + 3S → P2S3; 2P + 5S → P2S5
При нагревании фосфор может взаимодействовать с металлами:
2Р + 3Mg → Mg3S2
Таким образом, химически фосфор достаточно активен .
Таким образом, фосфор представляет собой широко распространенный химический элемент, который обладает рядом аллотропных модификаций, химически активен. Фосфор встречается в природе в виде химических соединений, в том числе в рамках живых тканей.
1.3. Фосфор как биогенный химический элемент
Фосфор в живых организмах представлен в:
– нуклеотидах и нуклеиновых кислотах;
– фосфолипидах;
– фосфопротеидах;
– ферментах;
– в виде гидроксилапатита кострой ткани;
– в виде фторапатита зубной эмали.
Основная часть фосфора находится в организме в скелете (до 80%), лишь 10% фосфора находится в скелетной мускулатуре и внутренних органах .
В целом живая материя имеет высокую потребность в фосфоре. В частности. ДНК и РНК – это полимеры, основанные на мономерах сложных эфиров фосфата. В частности, нуклеотиды образуются путем присоединения к нуклеозидам фосфатной группы через эфирные связи к остаткам рибозы и дезоксирибозы. В образовании данной связи участвует С-5 атом пентозы. Соответственно выделяются рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды (рисунок 1) .