Зачем врачу нужна биологическая химия

• Название: Зачем врачу нужна биологическая химия
• Анкор: Lektsii_po_Biokhimii_Timin_Oleg_Alexeevich.docx
• Дата: 21.12.2017
• Размер: 6.47 Mb.
• Имя файла: Lektsii_po_Biokhimii_Timin_Oleg_Alexeevich.docx
• Тип: Документы; #12377
• страница: 121 из 139

Быстрая компенсация сдвигов рН

Буферные системы

Буферные системы – это соединения, противодействующие резким изменениям концентрации ионов Н⁺, включающие кислотно-основные пары: слабое основание (анион, А^–) и слабая кислота (Н-А). Они вступают в действие моментально и через несколько минут их эффект достигает максимума возможного.

Существует несколько буферных систем жидкостей организма – бикарбонатная, фосфатная, белковая,гемоглобиновая.

Бикарбонатная буферная система

Эта система состоит из бикарбонат-иона (НСО₃^–) и угольной кислоты (Н₂СО₃), буферная мощность составляет 65% от общей буферной емкости крови. В норме отношение HCO₃^– к H₂CO₃ равно 20 : 1. Работа этой системы неразрывно и тесно связана с легкими.

При поступлении в кровь более сильной кислоты, чем угольная, ионы бикарбоната натрия взаимодействуют с ней, происходит реакция обмена и образуется соответствующая соль и угольная кислота. В результате, благодаря связыванию введенной в систему кислоты, концентрация ионов водорода значительно понижается.

NaНСО₃ + Н-Анион → Н₂СО₃ + Na⁺ + Анион^–

При поступлении оснований они реагируют с угольной кислотой и образуют соли бикарбонатов:

H₂CO₃ + Катион-ОН → Катион⁺ + HCO₃^– + Н₂О

Возникающий при этом дефицит угольной кислоты компенсируется уменьшением выделения CO₂ легкими.

При накоплении угольной кислоты в крови не происходит параллельного значимого увеличения концентрации НСО₃^–, т.к. угольная кислота очень плохо диссоциирует.

Благодаря работе бикарбонатного буфера концентрация водородных ионов понижается по двум причинам:

• 
  угольная кислота является очень слабой кислотой и плохо диссоциирует,
  
• 
  в крови легких благодаря присутствию в эритроцитах фермента карбоангидразы, угольная кислота быстро расщепляется с образованием CO₂, удаляемого с выдыхаемым воздухом:
  

Н₂СО₃ → Н₂О + СО₂↑

Кроме эритроцитов, значительная активность карбоангидразы отмечена в эпителии почечных канальцев, клетках слизистой оболочки желудка, коре надпочечников и клетках печени, в незначительных количествах – в центральной нервной системе, поджелудочной железе и других органах.

Фосфатная буферная система

Фосфатная буферная система составляет около 1-2% от всей буферной емкости крови и до 50% буферной емкости мочи. Она образована дигидрофосфатом (NaH₂PO₄) и гидрофосфатом (Na₂HPO₄) натрия. Первое соединение слабо диссоциирует и ведет себя как слабая кислота, второе обладает щелочными свойствами. В норме отношение HРO₄^2– к H₂РO₄^– равно 4 : 1.

При взаимодействии кислот (ионов водорода) с двузамещенным фосфатом натрия (Na₂HPO₄) натрий вытесняется, образуется натриевая соль дигидрофосфата (H₂PO₄^–). В результате, благодаря связываниювведенной в систему кислоты, концентрация ионов водорода значительно понижается.

HPO₄^2– + Н-Анион → H₂PO₄^– + Анион^–

При поступлении оснований избыток ОН^– групп нейтрализуется имеющимися в среде Н⁺ , а расход ионов Н⁺восполняется повышением диссоциации NaH₂PO₄.

H₂PO₄^– + Катион-ОН → Катион⁺ + HPO₄^2– + Н₂О

Основное значение фосфатный буфер имеет для регуляции pH интерстициальной жидкости и мочи. В моче роль его состоит в сбережении бикарбоната натрия за счет дополнительного иона водорода (по сравнению с NaHCO₃) в составе выводимого NaH₂PO₄:

Na₂HPO₄ + Н₂СО₃ → NaH₂PO₄ + NaНСО₃

Кислотно-основная реакция мочи зависит только от содержания дигидрофосфата, т.к. бикарбонат натрия в почечных канальцах реабсорбируется.

Белковая буферная система

Буферная мощность этой системы составляет 5% от общей буферной емкости крови.

Белки плазмы, в первую очередь альбумин, играют роль буфера благодаря своим амфотерным свойствам. Вкислой среде подавляется диссоциация СООН-групп, а группы NH₂ связывают избыток Н⁺, при этом белок заряжается положительно. В щелочной среде усиливается диссоциация карбоксильных групп, образующиеся Н⁺ связывают избыток ОН^–-ионов и pH сохраняется, белки выступают как кислоты и заряжаются отрицательно.

Изменение заряда буферных групп белка при различных рН

Гемоглобиновая буферная система

Наибольшей мощностью обладает гемоглобиновый буфер, который можно рассматривать как часть белкового. На него приходится до 30% всей буферной емкости крови. В буферной системе гемоглобина существенную роль играет гистидин, который содержится в белке в большом количестве. Изоэлектрическая точка гистидина равна 7,6, что позволяет гемоглобину легко принимать и легко отдавать ионы водорода при малейших сдвигах физиологической рН крови (в норме 7,35-7,45).

Данный буфер представлен несколькими подсистемами:

	Гемоглобиновые подсистемы

Пара ННb/ННbО₂ является основной в работе гемоглобинового буфера. Соединение ННbО₂ является более сильной кислотой по сравнению с угольной кислотой, HHb - более слабая кислота, чем угольная. Установлено, что ННbО₂ в 80 раз легче отдает ионы водорода, чем ННb.

Работа гемоглобинового буфера неразрывно связана с дыхательной системой (Газобмен в легких и тканях).

Присоединение ионов водорода к остатку гистидина дезоксигемоглобина

В легкихпосле удаления СО₂ (угольной кислоты) происходит защелачивание крови. При этом присоединение О₂ к дезоксигемоглобину H-Hb образует кислоту ННbО₂ более сильную, чем угольная. Она отдает свои ионы Н⁺ в среду, предотвращая повышение рН:

Н-Hb + O₂ → [H-HbO₂] → НbO₂ + Н⁺

В капиллярах тканей постоянное поступление кислот (в том числе и угольной) из клеток приводит к диссоциации оксигемоглобина НbO₂ (Эффект Бора) и связыванию ионов Н⁺ в виде Н-Hb:

НbO₂+ Н⁺ → [H-HbO₂] → Н-Hb + O₂