Буферные системы

Содержание

 

1. Введение ……………………………………………………………..2
2. Образование кислот в организме…………………………...3
3. Что такое буферные системы?...…………………………....4
4. Механизм буферного действия..…………………………....5
5. Буферные системы организма ...……………………………6
6. Заключение…………………………………………………...7
7. Список литературы…………………………………………..8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Образование кислот в организме

 

При метаболизме в клетках образуются различные кислоты. Большинство  из них затем выделяется клетками в виде углекислого газа, который  при помощи фермента карбоангидразы связывается в эритроцитах с  гемоглобином и переносится в  лёгкие. В лёгких углекислый газ  замещается кислородом и удаляется  при дыхании в окружающую среду. В обычных условиях в организме  существует постоянный баланс между  образующимся и выдыхаемым углекислым газом, и поэтому накопления кислот в тканях не происходит.

В результате метаболизма белков образуются нелетучие кислоты, такие как  серная и фосфорная. Ежедневно при  нормальном питании только за счёт продукции нелетучих кислот производится около одного ммоль/л ионов водорода на каждый килограмм массы тела. Если бы образование кислот происходило  бесконтрольно, то за одни сутки концентрация ионов водорода в организме могла  бы увеличиться от нормальной величины в 40 нмоль/л до 2 ммоль/л, а показатель рН соответственно снизился бы до 2.7. Для  нормальной жизнедеятельности большинства  клеток необходимы достаточно узкие  пределы рН (6.9 - 7.8), и организм вынужден постоянно осуществлять нейтрализацию  образующихся кислот. Этот процесс  выполняют буферные системы, которые  связывают избыток ионов водорода и контролируют их дальнейшие перемещения  в организме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Что такое буферные растворы?

 

Бу́ферные растворы  (от англ. buffer, buff — смягчать удар) — это такие растворы,  рН которых практически сохраняется постоянным при разбавлении или добавлении небольших количеств сильной кислоты или сильного основания. Другими словами – это системы, обеспечивающие кислотно-основное равновесие в организме. Они являются «первой линией защиты», препятствующей резким перепадам pH внутренней среды живых организмов. Буферные системы могут быть следующих типов.

 

1. Слабая кислота и ее соль. Например,   ацетатная   буферная   система,

состоящая из уксусной кислоты (СН3СООН) и ацетата натрия (СН3СООNa). Область действия – интервал рН 3,8 – 5,8.

2)Слабое основание и его соль. Например, Аммиачная буферная система, состоящая из раствора аммиака(NH4OH) и хлорида аммония (NH4Cl). Область действия – рН 8,2 – 10,2.

3) Смесь двух кислых солей. Та, соль в которой больше атомов водорода, играет роль кислоты, в которой меньше роль соли. Например, смесь двузамещенного и однозамещенного фосфатов натрия (Na2HPO4 и NaH2PO4)

4) Ионы  и молекулы амфолитов. К ним  относятся аминокислоты и белковые  буферные системы. Если аминокислоты  или белки находятся изоэлектрическом  состоянии (суммарный  заряд  молекулы равен нулю), то растворы  этих соединений не являются  буферными. Они начинают проявлять  буферное действие, когда к ним  добавляют некоторое количество  кислоты или щелочи. Тогда часть  белка переходит из изоэлектрического  состояния в форму «белок –кислота»  или «белок – основание». При  этом образуется смесь двух  форм белка: а) слабая «белок-кислота» + соль этой слабой кислоты;  б) слабое «белок – основание» + соль этого же слабого основания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механизм буферного действия.

 

Механизм буферного действия можно  понять на примере ацетатной буферной системы СН3СОО^-/СН3СООН, в основе действия которой лежит кислотно-основное равновесие.

 

CH3COOH→CH3COO^- + H⁺

 

Главный источник ацетат-ионов –  сильный электролит СН3СOONa:

 

СН3СOONa→CH3COO^- +Na⁺

 

При добавлении сильной кислоты  сопряженное основание  CH3COO^- связывает добавочные ионы H⁺, превращаясь в слабую уксусную кислоту:

 

CH3COO^-+ H⁺→ CH3COOH

 

Уменьшение концентрации анионов  CH3COO^- точно уравновешивается повышение концентрации молекул СН3СООН. В результате происходит небольшое  изменение в соотношении концентрации слабой кислоты и ее соли, а следовательно, и незначительно изменяется рН.

При добавлении щелочи протоны уксусной кислоты высвобождаются и нейтрализуют добавочные ионы ОН^-, связывая их в молекулы воды:

 

CH3COOH+ ОН^-→ CH3COO^-+Н2О

 

В этом случае также происходит  небольшое изменение в соотношении  концентраций слабой кислоты и ее соли, а следовательно незначительно  изменяется рН. Уменьшение концентрации слабой кислоты точно уравновешивается повышением концентрации анионов CH3COO^-.

Аналогичен механизм действия и  для буферных систем нашего организма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Буферные  системы организма.

 

В организме  человека значение рН разных жидкостей  поддерживается на определенном уровне с помощью различных биологических  буферных систем. Самыми главными из них  являются следующие:

 

• бикарбонатная буферная система;
• фосфатная буферная система;
• белковая буферная система;
• буферная система оксигемоглобин – гемоглобин.

Бикарбонатная буферная система, характеризуется равновесием молекул слабой угольной кислоты с образующимися при ее диссоциации гидрокарбонат –ионами. В организме угольная кислота возникает в результате гидратации диоксида углерода – продукта окисления углеводов, белков, жиров.

Фосфатная буферная система, равновесием между гидрофосфат- и дигидрофосфат-ионами.

Белковая буферная система  состоит из "белка-основания" и "белка-соли".

Буферная система  оксигемоглобин – гемоглобин, на ее долю приходится 75 % буферной емкости крови, характеризуется равновесием между ионами гемоглобина и самим гемоглобином, а также между ионами оксигемоглобина и самим оксигемоглобином.

В плазме крови основную роль играют бикарбонатная, фосфатная  и белковая буферные системы, в эритроцитах  – буферная система оксигемоглобин – гемоглобин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 

Таким образом, буферные системы позволяют живому организму противодействовать влиянию внешних факторов, направленных как на снижение, так и на увеличение рН его жидких сред, сохранять гомеостазис.

Все буферные системы крови и  тканевых жидкостей образуют единую взаимосвязанную систему.

При непосредственном поступлении  в организм через пищевой тракт  или органы дыхания избыточного  количества продуктов с повышенной кислотностью или щелочностью, либо при патологических состояниях организма, связанных с нарушением нормального  обмена веществ, функций дыхания  и кровообращения может возникать  смещение кислотно-основного равновесия. Смещение кислотно-щелочного равновесия крови в сторону повышения  концентрации ионов водорода (снижение рН) называется ацидозом, а смещение его в сторону снижения концентрации ионов водорода (повышение рН) – алкалозом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

Общая химия. Биофизическая  химия. Химия биогенных элементов:  Учеб. Для вузов/Ю.А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; Под ред.Ю.А.Ершова. – 4-е изд. –М.:Высш.шк., 2003.

Введение в бионеорганическую  и биофизическую химию: Учеб. Пособие  для студентов медицинских вузов. – М.:Высш.шк.,1989.

Практикум по общей химии  с элементами качественного и  количественного анализа/Л.Г.Гурвич, В.М. Новопольцева,  А.К. Осипов. – 4 изд., стер. – Саранск: Изд-во Мордов.ун-та, 2011.