Буферные системы организма

Новгородский  Государственный Университет им. Ярослава Мудрого

кафедра «Химия и экология» 
 
 
 
 
 

Реферат на тему

« Буферные системы организма» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

                

                                                              Проверила: доцент кафедры Олисова Г.А

                                                              «     » __________    ____________ 
 

                                                                                 Выполнила: студентка 1 курса

                                                                             стоматологического факультета

                                                                           гр. 0442 Поликарпова Наталья 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

В. Новгород

2010 
План 

1. Биологические  буферные системы…………………………………..2
2. Буферные системы организма………………………………………...3
3. Взаимодействия буферных систем в организме……………………..8
4. Патологические изменения…………………………………………….10
5. Заключение……………………………………………………………..12

 

Биологические  буферные системы 

Большинство биожиткостей организма способно сохранять значение pH при незначительных внешних воздействий, так как они являются буферными растворами.

Буферный  раствор – это раствор, содержащий протолитическую равновесную систему, способную поддерживать практически постоянное значение pH при разбавлении или при добавлении небольших количеств кислот или щелочи.

В протолитических  буферных растворах компонентами являются донор протона и акцептор протона, представляющие собой  сопряженную  кислотно- основную пару.

По принадлежности слабого электролита к классу кислот или оснований буферные системы делятся на кислотные и основные. 

Кислотными  буферными системами называются растворы, содержащие слабую кислоту ( донор протона) и соль этой кислоты ( акцептор протона). Кислотные буферные растворы могут содержать различные системы: ацетатную (CH₃COO^-, CH₃COOH), гидрокарбонатную ( HCO₃^-, H₂CO₃), гидрофосфатную ( HPO₂^2-, H₂PO₄^-). 

Основными буферными системами называются растворы, содержащие слабые основания ( акцептор протона) и соль этого основания ( донор протона).

 

Буферные  системы организма 

Организм можно  определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде  в стационарном состоянии. Именно эта  способность живых систем сохранять  стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов – от морфологически самых простых до наиболее сложных – выработались разнообразные анатомические, физиологические и поведенческие приспособления, служащие одной цели – сохранению постоянства внутренней среды. 

Это относительное  динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) и устойчивость основных физиологических  функций (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и т.д.) организма человека и животных называется гомеостазом. 

Этот процесс  осуществляется преимущественно деятельностью  лёгких и почек за счёт дыхательной  и выделительной функции. В основе гомеостаза лежит сохранение кислотно-основного  баланса. 

Основная функция буферных систем предотвращение значительных сдвигов рН путём взаимодействия буфера как с кислотой, так и с основанием. Действие буферных систем в организме направлено преимущественно на нейтрализацию образующихся кислот. 

Н+ + буфер- <==> Н-буфер 

В организме одновременно существует несколько различных буферных систем. В функциональном плане их можно разделить на бикарбонатную и небикарбонатную. Небикарбонатная буферная система включает гемоглобин, различные белки и фосфаты. Она наиболее активно действует в крови и внутри клеток. 

Гидрокарбонатная  буферная система образована оксидом углерода (IV). 

                   СО₂ + Н₂О↔ СО₂ ∙ Н₂О ↔ Н₂СО₃↔ Н⁺ + НСО₃^- 

В этой системе  донором протона является угольная кислота H₂CO₃, а акцептором протона – гидрокарбонат-ион HCO₃^- .С учетом физиологии условно весь CO₂ в организме, как просто растворенный, так и гидратированный до угольной кислоты, принято рассматривать как угольную кислоту.                                          

Угольная кислота  при физиологическом значении pH= 7,40 находится преимущественно в виде  моноаниона, а отношение концентраций компонентов в гидрокарбонатной буферной системе крови [ HCO₃^-]\ [CO₂]=20:1. Следовательно, гидрокарбонатная система имеет буферную емкость по кислоте значительно больше буферной емкости по основанию. Это отвечает особенностям нашего организма.

Если в кровь  поступает кислота и увеличивается  концентрация иона водорода, то он, взаимодействует  с HCO₃^- , смещает в сторону H₂CO₃ и приводит к выделению газообразного углекислого газа, который выделяется из организма  в процессе дыхания через легкие.

                               Н⁺ + НСО₃^- ↔ Н₂СО₃ ↔ СО₂↑ + Н₂О

При поступлении  в кровь оснований, они связываются  угольной кислотой , и равновесие смещается  в сторону HCO₃^-.

                                       ОН^- + Н₂СО₃ ↔ НСО₃^- + Н₂О

Главное назначение гидрокарбонатного буфера заключается  в нейтрализации кислот. Он является системой быстрого и эффективного реагирования, так как продукт его взаимодействия с кислотами – углекислый газ – быстро выводится через легкие. Нарушение кислотно- основного равновесия в организме прежде всего компенсируется с помощью гидрокарбонатной буферной системы ( 10-15 мин.)

Гидрокарбонатный  буфер является основной буферной системой плазмы крови, обеспечивающей около 55% от всей буферной емкости крови. Гидрокарбонатный буфер содержится также в эритроцитах, межклеточной жидкости и в почечной ткани. 

гидрофосфатная буферная система содержится как в крови, так и в клеточной жидкости других тканей, особенно почек. В  клетках она представлена К₂НРО₄ и КН₂РО₄ , а в плазме крови и межклеточной жидкости

Nа₂НРО₄ и NаН₂РО₄. Роль донора протона в этой системе играет ион Н₂РО₄^-, а акцептора – ион НРО₄^2-.

В норме отношение  форм [НРО₄^2-]\[ Н₂РО₄^-] =4:1. Следовательно, и эта система имеет буферную емкость по кислоте больше, чем по основанию. При увеличении концентрации катионов водорода во внутриклеточной жидкости, например в результате переработки мясной пищи, происходит их нейтрализация ионами НРО₄^2-.

                                      Н⁺ + НРО₄^2- ↔ Н₂РО₄^-

 Образующийся  избыточный дигидрофосфат выводится почками, что приводит к снижению величины рН мочи.

При увеличении концентраций оснований в организме, например при употреблении растительной пищи, они нейтрализуются ионами  Н₂РО₄^-

                              ОН^- + Н₂РО₄^- ↔ НРО₄^2- + Н₂О

Образующийся избыточный гидрофосфат выводится почками, при этом рН мочи повышается.

 В отличии  от гидрокарбонатной , фосфатная  система более « консервативная»,  так как избыточные продукты нейтрализации выводятся через почки и полное восстановление отношений  [НРО₄^2-]\[ Н₂РО₄^-] происходит только через 2-3 сут. Длительности легочной и почечной компенсации нарушений отношения компонентов в буферных системах необходимо учитывать при терапевтической коррекции  нарушений кислотно- основного равновесия организма. 
 
 
 

гемоглабиновая  буферная система является сложной буферной системой эритроцитов, которая включает в качестве донора протона две слабые кислоты: гемоглобин ННb и оксигемоглобин ННbО₂. роль акцептора протона играет сопряженные этим кислотам основания, т.е. их анионы Нb^- и НbО₂^-.

                                           Н⁺ + Нb^-↔ ННb

                                           Н⁺ + НbО₂^- ↔ ННb + О₂

 При добавлении  кислот поглощать ионы Н⁺ в первую очередь будут анионы гемоглобина, которые имеют большое сродство к протону. При действии основания оксигемоглобин будет проявлять большую активность, чем гемоглобин.

                   ОН^- + ННbО₂ ↔ НbО₂^- + Н₂О       ОН^- + ННb↔ Нb^- + Н₂О

Таким образом, гемоглобиновая система крови играет значительную роль сразу в нескольких важнейших физиологических процессах организма: дыхании, транспорте кислорода в ткани и поддержании постоянства рН внутри эритроцитах, а конечном итоге  - в крови. Эта система эффективно функционирует только в сочетании с другими буферными системами организма. 

белковые ( протеиновые) буферные системы в зависимости от кислотно-основных свойств белка, характеризующиеся его изоэлектрической точкой, бывают анионного и катионного типа.

Анионный белковый буфер работает при рН>рI_белка и состоит из донора протонов – молекулы белка НРrot, имеющей биполярно- ионное строение , и акцептора протонов – анион Рrot^-.

                    Н₃N⁺ – Рrot – СООН ↔ Н⁺ + Н₃N – Рrot – СОО^-

                                 ^кратко Н₂Рrot ↔ Н⁺ + ( НРrot)^-

При добавлении кислоты это равновесие смещается  в сторону образование молекулы белка, а при добавлении основания  в системе увеличивается содержание аниона белка.

Катионная белковая б буферная система работает при рН<рI_белка  и состоит из донора протона – катиона белка Н₂Рrot и акцептора протона - молекулы белка НРrot.

                              Н₃N⁺ – Рrot – СООН↔ Н⁺ + Н₃N – Рrot – СОО^-

                                 ^кратко (Н₂Рrot)⁺ + НРrot

Катионная буферная система НРrot, (Н₂Рrot)⁺ обычно поддерживает величину рН в физиологических средах с рН < 6, а анионная белковая  буферная система (Рrot)^- , НРrot – в средах с рН >6. В крови работает анионный белковый буфер. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Взаимодействии  буферных систем в  организме 

 Сохранение постоянства кислотности жидких сред имеет для жизнедеятельности человеческого организма первостепенное значение, потому что, во-первых, ионы Н+ оказывают каталитическое действие на многие биохимические превращения; во-вторых, ферменты и гормоны проявляют биологическую активность только в строго определенном интервале значений рН; в-третьих, даже небольшие изменения концентрации ионов водорода в крови и межтканевых жидкостях ощутимо влияют на величину осмотического давления в этих жидкостях.  

Нередко отклонения рН крови от нормального для нее  значения 7,36 всего лишь на несколько  сотых приводят к неприятным последствиям. При отклонениях порядка 0,3 единицы  в ту или другую сторону может  наступит тяжелое коматозное состояние, а отклонения порядка 0,4 единицы могут повлечь даже смертельный исход. Впрочем, в некоторых случаях, при ослабленном иммунитете, для этого оказывается достаточными и отклонения порядка 0,1 единицы рН.