Яка найпотужніша буферна система

Кров
Буферні системи крові та кислотно-основна рівновага
Буферні системи крові

Встановлено, що станом норми відповідає певний діапазон коливань рН крові – від 7,37 до 7,44 із середньою величиною 7,40**. Кров є суспензією клітин у рідкому середовищі, тому її кислотноосновна рівновага підтримується спільною участю буферних систем плазми та клітин крові. Найважливішими буферними системами крові є бікарбонатна, фосфатна, білкова та найбільш потужна гемоглобінова.

* Буферними властивостями, тобто. здатністю протидіяти зміні рН при внесенні в систему кислот або основ, мають суміші, що складаються зі слабкої кислоти та її солі з сильною основою або слабкої основи із сіллю сильної кислоти.

** В інших біологічних рідинах і клітинах рН може відрізнятися від рН крові. Наприклад, в еритроцитах рН становить 7,19±0,02, відрізняючись від рН крові на 0,2.

Бікарбонатна буферна система - потужна і, мабуть, найкерованіша система позаклітинної рідини та крові. Перед бікарбонатного буфера припадає близько 10% всієї буферної ємності крові. Бікарбонатна система* є сполученою кислотно-основною парою, що складається з молекули вугільної кислоти Н₂СО₃, що виконує роль донора протона, та бікарбонат-іона НСО₃ - , що виконує роль акцептора протона:

Для цієї буферної системи величину рН у розчині можна виразити через константу дисоціації вугільної кислоти (рК_Н2СО3) та логарифм концентрації недисоційованих молекул Н₂СО₃ та іонів HCO₃ - :

Справжня концентрація недисоційованих молекул Н₂СО₃ у крові незначна** і знаходиться у прямій залежності від концентрації розчиненого вуглекислого газу (СО₂ + Н₂Про Н₂СО₃).Тому зручніше користуватися тим варіантом рівняння, в якому РК_Н2СО3 замінена «здається» константою дисоціації Н₂СО₃, що враховує загальну концентрацію розчиненого СО₂ у крові:

де K₁— «здається» константа дисоціації Н₂СО₃; [ЗІ₂(р)] - концентрація розчиненого СО₂.

При нормальному значенні рН крові (7,4) концентрація іонів бікарбонату НСО₃ у плазмі крові перевищує концентрацію СО₂ приблизно 20 разів. Бікарбонатна буферна система функціонує як ефективний регулятор області рН 7,4.

Механізм дії даної системи полягає в тому, що при виділенні в кров щодо великих кількостей кислих продуктів водневі іони Н+ взаємодіють з іонами бікарбонату НСО₃ - , що призводить до утворення слабодисоціюючої вугільної кислоти Н₂СО₃. Подальше зниження концентрації Н₂СО₃ досягається внаслідок прискореного виділення СО₂ через легені внаслідок їх гіпервентиляції (нагадаємо, що концентрація Н₂СО₃ у плазмі крові визначається тиском СО₂ альвеолярної газової суміші).

* Бікарбонати у позаклітинній рідині знаходяться у вигляді натрієвої солі NaHCO₃ і всередині клітин - калієвої солі КНСО₃, що мають загальний аніон НСО₃ - .

** Молярна концентрація Н₂СО₃ в порівнянні з концентрацією СО₂ у плазмі крові дуже низька. При Р_СО2 = 53,3 гПа (40 мм рт. ст.) на 1 молекулу Н₂СО₃ припадає приблизно 500 молекул₂.

Якщо в крові збільшується кількість основ, то вони, взаємодіючи зі слабкою вугільною кислотою, утворюють іони бікарбонату та воду. При цьому не відбувається скільки помітних зрушень у величині рН.Крім того, для збереження нормального співвідношення між компонентами буферної системи в цьому випадку підключаються фізіологічні механізми регуляції кислотно-основної рівноваги: відбувається затримка у плазмі деякої кількості СО₂ внаслідок гіповентиляції легень*. Як буде показано далі, ця буферна система тісно пов'язана з гемоглобіновою системою.

Фосфатна буферна система є сполученою кислотно-основною парою, що складається з іона Н₂РВ₄ - (донор протонів) та іона НРО₄ 2-(акцептор протонів):

Роль кислоти у цій системі виконує однозаміщений фосфат NaH₂PO₄, а роль солі двозаміщений фосфат - Na₂HPO₄.

Фосфатна буферна система становить лише 1% від буферної ємності крові. В інших тканинах ця система є однією з основних. Для фосфатної буферної системи справедливе наступне рівняння:

У позаклітинній рідині, у тому числі в крові, співвідношення [НРО₄ 2]: [Н₂РВ₄] складає 4:1. Величина рКН₂РВ₄ - дорівнює 6,86.

Буферна дія фосфатної системи ґрунтується на можливості зв'язування водневих іонів іонами НРО₄ 2- з освітою Н₂РВ₄ - (Н++ НРО₄ 2- -> Н₂РВ₄ - ), а також іонів ВІН з іонами Н₂РВ₄ (ВІН + + Н₂РВ₄ - -> HpO₄ 2- + H₂O). Буферна пара (Н₂РВ_4- -НРО₄ 2) здатна впливати при змінах рН в інтервалі від 6,1 до 7,7 і може забезпечувати певну буферну ємність внутрішньоклітинної рідини, величина рН якої в межах 69-74. У крові максимальна ємність фосфатного буфера проявляється поблизу значення pH 7,2. Фосфатний буфер у крові перебуває у тісній взаємодії з бікарбонатною буферною системою. Органічні фосфати також мають буферні властивості, але потужність їх слабша, ніж неорганічного фосфатного буфера.

Білкова буферна система має менше значення для підтримки КОР у плазмі крові, ніж інші буферні системи.

Білки утворюють буферну систему завдяки наявності кислотно-основних груп у молекулі білків: білок — Н+ (кислота, донор протонів) та білок (сполучена основа, акцептор протонів). Білкова буферна система плазми ефективною в області значень рН 7,2-7,4.

Гемоглобінова буферна система - найпотужніша буферна система крові. Вона в 9 разів потужніша за бікарбонатний буфер; на її частку припадає 75% від усієї буферної ємності крові.

Участь гемоглобіну в регуляції рН крові пов'язана з його роллю у транспорті кисню та вуглекислого газу. Константа дисоціації кислотних груп гемоглобіну змінюється залежно від насичення киснем. При насиченні киснем гемоглобін стає сильнішою кислотою (ННbО₂). Гемоглобін, віддаючи кисень, перетворюється на дуже слабку органічну кислоту (ННb).

* Слід зауважити, що хоча дихальна система (легкі) значно впливає на кислотно-основну рівновагу (КОР), проте легким потрібно близько 1-3 хв, щоб нівелювати зрушення його в крові, тоді як буферним системам для цього потрібно лише 30 с.

Отже, гемоглобінова буферна система складається з неіонізованого гемоглобіну ННb (слабка органічна кислота, донор протонів) та калієвої солі гемоглобіну КНb (сполучена основа, акцептор протонів). Так само може бути розглянута оксигемоглобінова буферна система. Система гемоглобіну і система оксигемоглобіну є системами, що взаємоперетворюються, і існують як єдине ціле.Буферні властивості гемоглобіну передусім зумовлені можливістю взаємодії кисло реагуючих сполук з калієвою сіллю гемоглобіну з утворенням еквівалентної кількості відповідної калійної солі кислоти та вільного гемоглобіну:

Саме таким чином перетворення калійної солі гемоглобіну еритроцитів у вільний ПНЗ з утворенням еквівалентної кількості бікарбонату забезпечує підтримання рН крові в межах фізіологічно допустимих величин, незважаючи на надходження у венозну кров величезної кількості вуглекислого газу та інших кислих продуктів обміну.

Гемоглобін (ННЬ), потрапляючи в капіляри легень, перетворюється на оксигемоглобін (ННbО)₂), що призводить до деякого підкислення крові, витіснення частини Н₂СО₃ з бікарбонатів та зниження лужного резерву крові*. Перелічені буферні системи крові відіграють важливу роль у регуляції кислотно-основної рівноваги. Як зазначалося, у цьому процесі, крім буферних систем крові, активну участь беруть також система дихання та сечовидільна система.

Біологічна бібліотека – матеріали для студентів, вчителів, учнів та їх батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми лише конвертуємо у зручний формат матеріали, які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Якщо ви володієте авторським правом на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його або отримати посилання на місце комерційного розміщення матеріалів, зверніться для погодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми витратили багато зусиль, щоб привести інформацію у зручний вигляд.

Буферні системи крові

Буферні системи крові (Від англ. buffer , buff - Пом'якшувати удар) - фізіологічні системи та механізми, що забезпечують кислотно-основну рівновагу в крові [1] . Вони є «першою лінією захисту», що перешкоджає різким перепадам pH внутрішнього середовища живих організмів.

Циркулююча кров є суспензією живих клітин у рідкому середовищі, хімічні властивості якої дуже важливі для їх життєдіяльності. У людини за норму прийнято діапазон коливань pH крові 7,37-7,44 із середньою величиною 7,4. Буферні системи крові складаються з буферних систем плазми та клітин крові та представлені [1] :

бікарбонатна буферна система;
фосфатна буферна система;
білкова буферна система;
гемоглобінова буферна система.

Крім цих систем також беруть активну участь дихальна і сечовидільна системи [1] .

Бікарбонатна буферна система

Найпотужніша і, водночас, найкерованіша система позаклітинної рідини та крові, частку якої припадає близько 10 % всієї буферної ємності крові. Є сполученою кислотно-основною парою, що складається з молекули вугільної кислоти H₂CO₃, що є джерелом протону та бікарбонат-аніону HCO₃ − , що виконує роль акцептора протона:

Згідно з задумом одного з учасників Вікіпедії, на цьому місці має розташовуватися спеціальний розділ.
Ви можете допомогти проекту, написавши цей розділ.

Фосфатна буферна система

У крові ємність фосфатної буферної системи невелика (становить трохи більше 1% загальної буферної ємності), у зв'язку з низьким вмістом фосфатів у крові. Фосфатний буфер виконує значну роль у підтримці фізіологічних значень рН у внутрішньоклітинних рідинах та сечі.

Буфер утворений неорганічними фосфатами. Роль кислоти у цій системі виконує одноосновний фосфат (NaH2PО4). А роль сполученої основи - двоосновний фосфат (Na2HPО4).

При рН = 7,4 співвідношення [Н2РО4-/ НРО42-] дорівнює 1:4.

Буферні властивості системи при збільшенні в крові вмісту водневих іонів реалізуються за рахунок їх зв'язування з іонами НРО42- з утворенням Н2РО4- (Н + + НРО42- → Н2РО4-), а при надлишку іонів ОН- за рахунок зв'язування їх з іонами Н2Р04- ( ВІН + Н2РО4- НРО4-2 + Н2О).

Фосфатна буферна система крові тісно взаємопов'язана із бікарбонатною буферною системою.

Білкова буферна система

У порівнянні з іншими буферними системами має менше значення для підтримки кислотно-основної рівноваги.

Білки плазми крові завдяки наявності кислотно-основних груп у молекулах білків (білок-H + - кислота, джерело протонів і білок - сполучена основа, акцептор протонів) утворюють буферну систему, найбільш ефективну в діапазоні pH 7,2-7,4 [1 ].

Гемоглобінова буферна система

Найпотужніша буферна система крові (в 9 разів потужніша за бікарбонатну), на частку якої припадає 75 % усієї буферної ємності крові. [H+]=K*[HHbO2]/[KHb]

Механізм дії гемоглобінового буфера 1. [загальний механізм] Hb- + H+ = HHb HHbO2 + OH- = H2O + HbO2- 2. Гемоглобін є білком, він амфотерен

3.буферна система, що складається з оксигемоглобіну та калієвої солі гемоглобіну, бере участь у виділенні вуглекислоти з організму, знижуючи рН За силою HHbO2 >H2CO3 > HHb

У тканинах та легень протікають такі процеси: 1. У тканинах: KHb + H2CO3 -> HHb + KHCO3 Відбувається витіснення HHb із його солі. 2. У легенях: HHb + O2 -> HHbO2карбоангідраза 3. У легень: HHbO2 + KHCO3 -> H2CO3 + KHbO2 H2CO3 -> H2O + CO2 Відбувається витіснення слабшої вугільної кислоти з її солі. 4. У тканинах: KHbO2 -> KHb + O2

Див. також

Примітки

Література

Використана література

Березів Т. Т., Коровкін Б. Ф.Біологічна хімія: Підручник/Під. ред. акад. АМН СРСР. З. Дебова. - 2-ге вид., Перераб. і доп. - М.: Медицина, - 1990. - 528 с., С. 452-455. ISBN 5-225-01515-8.