БИОЛОГИЧЕСКИЙ СТАТУС ИЗУЧАЕМОЙ ТЕМЫ

 

Одним из удивительных свойств живых организмов является кислотно-основной гомеостаз - постоянство рН биологических жидкостей, тканей и органов. Это постоянство поддерживается их буферными системами и необходимо, чтобы обеспечить нормальную деятельность ферментов, регулировать осмотическое давление и другие показатели. Прежде, чем рассмотреть механизм действия буферных систем и их роль в жизнедеятельности организма, необходимо сформулировать учебно-целевые задачи и основополагающие вопросы, ответы на которые помогут приобрести потенциал знаний, необходимый для изучения аналитической химии, умения моделировать системы с заданным значением реакции среды при проведении многих биологических опытов in vitro.

Учебно-целевые задачи:

§ .Изучить теоретические основы темы «Буферные системы».

§ Уметь проводить расчеты, используя основное уравнение теории буферных растворов.

§ Научиться готовить буферные растворы с заданным значением рН.

§ Научиться определять буферную емкость.

§ Знать механизм действия важнейших буферных систем организма.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ:

1.Что такое активная и общая кислотность? Можно ли определить рН слабой кислоты титрованием?

2.Для муравьиной, уксусной и угольной кислот значения рК соответственно равны 3, 75; 4, 76 и 6, 1. В каком из этих растворов при одной и той же концентрации наибольшее значение рН, и в каком растворе наибольшая потенциальная кислотность?

3. Диссоциация янтарной кислоты протекает в две ступени:

рК₁ рК₂

НООС-СН₂-СН₂-СООН НООС-СН₂-СН₂-СОО^{- -}ООС-СН₂-СН₂-СОО^-

 

Причем рК ₁ =4, 21; рК ₂ =5, 64. В каком виде (молекул одно- или двухзарядных ионов) находится янтарная кислота в клетке при физиологическом значении рН?

4. При каких значениях рН желудочного сока имеет место пониженная кислотность?

5. Какие типы буферных систем известны?

6. Разберите механизм действия гидрокарбонатной, гемоглобиновой, белковой и фосфатной буферных систем. Какова их биологическая роль в обеспечении нормальной жизнедеятельности человека?

7. Какой из двух буферных растворов с рН=рК + 1 или с рН=рК-1 более стоек к добавлению кислоты, и какой - к добавлению основания?

8. Напишите математическое выражение уравнения Гендерсона-Гассельбаха.

9. От чего зависит рН буферной системы?

10. Что называется буферной емкостью системы? Как приготовить буферный раствор, чтобы его емкость была наибольшей?

11. Дайте сравнительную характеристику мощности буферных систем крови.

12. Назовите методы определения рН и дайте их характеристику.

 

ДИССОЦИАЦИЯ ВОДЫ

 

Исключительно важную роль в биологических процессах играет вода, являющаяся обязательной составной частью (от 58 до 97%) всех клеток и тканей человека, животных, растений и простейших организмов Вода- это среда, в которой протекают самые разнообразные биохимические процессы.

Вода обладает хорошей растворяющей способностью и вызывает электролитическую диссоциацию многих растворенных в ней веществ.

Процесс диссоциации воды согласно теории Бренстеда протекает по уравнению:

 

Н₂0+Н₂0 Н₃О⁺ + ОН^-; Δ Н дис = +56, 5 КДж/моль

 

Т.е. одна молекула воды отдает, а другая - присоединяет протон, происходит автоионизация воды:

Н₂0 Н⁺ + ОН^- - реакция депротонирования

Н₂0 + Н⁺ Н₃О⁺ - реакция протонирования

 

Константа диссоциации водыпри 298°К, определенная методом электрической проводимости равна:

 

а(Н⁺) - активность ионов Н⁺ (для краткости вместо НзО⁺пишут Н⁺ );

а(ОН^-) - активность ионов ОН^-;

а(Н₂0)- активность воды;

Степень диссоциации воды очень мала, поэтому активность водород - и гидроксид - ионов в чистой воде практически равны их концентрациям. Концентрация воды является постоянной величиной и равна 55, 6 моль.

(1000г: 18г/моль= 55, 6 моль)

Подставляя в выражение для константы диссоциации Кд(Н₂0) это значение, а вместо активностей водород - и гидроксид - ионов их концентрации, получают новое выражение:

К(Н₂0)=С(Н⁺)× С(ОН^-)=10^-14 мол²/л² при 298К,

 

Более точно К(Н₂0)= а(Н⁺)× а(ОН^-)= 10^-14 моль²л²-

 

К(Н₂0) называют ионным произведением воды или константой автоионизации.

В чистой воде или любом водном растворе при постоянной температуре произведение концентраций (активностей) водород - и гидроксид - ионов есть величина постоянная, называемая ионным произведением воды.

Константа К(Н₂0) зависит от температуры. При повышении температуры она увеличивается, т.к. процесс диссоциации воды - эндотермический. В чистой воде или водных растворах разных веществ при 298К активности (концентрации) водород - и гидроксид - ионов будут составлять:

а(Н⁺)=а(ОН^-)= К(Н₂0) = 10^-14 =10^-7 моль/л.

 

В кислых или щелочных растворах эти концентрации уже не будут равны друг другу, но изменяться будут сопряжено: при увеличении одной из них соответственно будет уменьшаться другая и наоборот, например,

 

а(Н⁺)=10^-4, а(ОН^-)=10^-10, их произведение всегда составляет 10^-14

 

ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ

 

Качественно реакцию среды выражают через активность водородных ионов. На практике пользуются не этой величиной, а водородным показателем рН - величиной, численно равной отрицательному десятичному логарифму активности (концентрации) водородных ионов, выраженной в моль/л.

рН= - lga(H⁺),

а для разбавленных растворов

рН= - lgC(H⁺).

 

Для чистой воды и нейтральных сред при 298К рН=7; для кислых растворов рН< 7, а для щелочных рН> 7.

Реакцию среды можно охарактеризовать и гидроксильным показателем:

рОН= - lga(OH^-)

или приближенно

рОН= - IgС(ОH^-).

 

Соответственно в нейтральной среде рОН=рН=7; в кислой среде рОН> 7, а в щелочной рОН< 7.

Если взять отрицательный десятичный логарифм выражения ионного произведения воды, получим:

рН + рОН=14.

 

Следовательно, рН и рОН также являются сопряженными величинами. Их сумма для разбавленных водных растворов всегда равна 14. Зная рН, легко вычислить рОН:

рН=14 – рОН

и наоборот:

рOH=14 - рН.

 

В растворах различают активную, потенциальную (резервную) и общую кислотность.

Активная кислотность измеряется активностью (концентрацией) водород-ионов в растворе и определяет рН раствора. В растворах сильных кислот и оснований рН зависит от концентрации кислотыили основания, и активность ионов Н ⁺ и ОН ^- может быть рассчитана по формулам:

а(Н ⁺ )= C(l/z кислота)× α _каж.; рН= - lg а(Н ⁺ )

 

a(ОН ^- )=C(l/z основание)× α _каж.; рН= - lg а(ОН ^- )

 

рН= - lgC(l/z кислота) – для предельно разбавленных растворов сильных кислот

 

рОН= - lgC(l/z основание) - для предельно разбавленных растворов оснований

Потенциальная кислотность измеряется количеством водород-ионов, связанных в молекулахкислоты, т.е. представляет собой «запас» недиссоциированных молекул кислоты.

Общая кислотность - сумма активной и потенциальной кислотностей, которая определяется аналитической концентрацией кислоты и устанавливается титрованием

Одним из удивительных свойств живых организмов является кислотно-основной

гомеостаз - постоянство рН биологических жидкостей, тканей и организмов. В таблице 1 представлены значения рН некоторых биологических объектов.

Таблица 1

Биожидкость	РН в норме
Сыворотка крови	7, 4±0, 05
Слюна	6, 35-6, 85
Чистый желудочныйсок	4, 8-7, 5
Моча	4, 8-7, 5
Спинно-мозговая жидкость	7, 4±0, 05
Сок поджелудочной железы	7, 5-8, 0
Содержимое тонкого кишечника	7, 4—8, 0
Желчь в протоках	7, 4-8, 5
Желчь в пузыре	5, 4-6, 9
Молоко	6, 6-6, 9

 

 

Из данных таблицы видно, что рН различных жидкостей в организме человека изменяется в довольно широких пределах в зависимости от местонахождения. КРОВЬ, как и другие биологические жидкости, стремится сохранить постоянное значение водородного показателя, значения которого представлены в таблице 2

Таблица 2

Кровь	рH
Артериальная	7, 4
Венозная	7, 35
Внутри клеток в результате обмена и накопления кислых продуктов	7, 2

 

Изменения рН от указанных величин всего на 0, 3 в сторону увеличения или уменьшения приводит к изменению обмена ферментативных процессов, что у человека вызывает тяжелое болезненное состояние. Изменение рН всего на 0, 4 уже несовместимо с жизнью. Исследователи установили, что в регуляции кислотно-щелочного равновесия участвуют следующие буферные системы крови: гемоглобиновая, бикарбонатная, белковая и фосфатная. Доля каждой системы в буферной емкости представлена в таблице 3.

Таблица 3

Буферные системы	Емкость, выраженная в %
НГем; NаГем
Нбел; Naбел	2-5
NaH2P04; Na2HРО4	1-2
Н2СО3; NaHCO3	13-15

 

Все буферные системы организма по механизму действия едины, т.к. состоят они из слабой кислоты: угольной, дигидрофосфорной (дигидрофосфат-ион ), белковой, гемоглабиновый (оксогемоглобиновой) и солей этих кислот, в основном натриевых, обладающих свойствами слабых оснований. Но так как по быстроте ответной реакции бикарбонатная система в организме не имеет себе равных, то способность сохранять постоянство среды в организме рассмотрим с помощью этой системы.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. D.3. Системы эконометрических уравнений
2. I.Расчет подающих трубопроводов системы горячего водоснабжения при отсутствии циркуляции.
3. III. Системы теплоснабжения и отопления
4. IV. Движение поездов при неисправности электрожезловой системы и порядок регулировки количества жезлов в жезловых аппаратах
5. V1: 2. Основные этапы становления и развития финансовой системы России
6. V2: 2.1 Становление и развитие финансовой системы России до сер. ХIХ в
7. VII. Системы программирования
8. А. Терминология и терминологические системы родства
9. Абсолютная чувствительность сенсорной системы
10. Автоматизированные диагностические системы
11. Автоматизированные информационные поисковые системы.
12. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ УПРАВЛЕНИЯ ОРГАНИЗАЦИЕЙ