Какова роль ионов в буферных системах организма кратко

Обновлено: 05.07.2024

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник / Под ред. акад. РАМН С.С. Дебова. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Медицина, 1990. – 528 с.

2. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для медицинских вузов // Ю.А.Ершов, В.А.Попков, А.С.Берлянд и др. Под ред. Ю.А.Ершова), 8 изд. – М.: Высшая школа, 2010. – 560 с.

Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов 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 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. 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. Буферные системы играют очень важную роль, т.к. в результате различных метаболических процессов в организме постоянно образуются различные кислоты, которые сразу же нейтрализуются буферными системами: гидрокарбонатной, фосфатной, белковой и гемоглобиновой.

Главной буферной системой организма является гидрокарбонатный буфер, состоящий из Н2СО3 и NaHCО3. При рН около 7,4 в организме преобладает гидрокарбонат-ион, и его концентрация может в 20 раз превышать концентрацию угольной кислоты. По своей природе угольная кислота очень нестойкая и сразу же после образования расщепляется на углекислый газ и воду. Реакции образования и последующего быстрого расщепления угольной кислоты в организме настолько совершенны, что им часто не придают особого значения. Эти реакции катализируется ферментом карбоангидразой, который находится в эритроцитах и в почках. Особенность гидрокарбонатной буферной системы состоит в том, что она открыта. Избыток ионов водорода связывается с гидрокарбонат-ионом, образующийся при этом углекислый газ стимулирует дыхательный центр, вентиляция лёгких повышается, а излишки углекислого газа удаляются при дыхании. Так в организме поддерживается баланс рН. Чем больше в клетках образуется ионов водорода, тем больше расход буфера. На этом этапе метаболизма подключаются почки, которые выводят избыток ионов водорода, и количество гидрокарбоната в организме восстанавливается.

Фосфатный буфер может действовать как в составе органических молекул, так и в качестве свободных ионов. Одна его молекула способна связывать до трёх катионов водорода. Белки могут присоединять к своей полипептидной цепочке как кислотные, так и основные группы.

Буферная ёмкость белковой буферной системы может охватывать широкий диапазон рН. В зависимости от имеющейся величины рН она может связывать как гидроксильные группы, так и ионы водорода. Третья часть буферной ёмкости крови приходится на гемоглобин. Каждая молекула гемоглобина может нейтрализовать несколько ионов водорода. Когда кислород переходит из гемоглобина в ткани, способность гемоглобина связывать ионы водорода возрастает и наоборот: когда в лёгких происходит оксигенация гемоглобина, он теряет присоединённые ионы водорода. Освободившиеся ионы водорода реагируют с гидрокарбонатом, и в результате образуется углекислый газ и вода. Образовавшийся углекислый газ удаляется из лёгких при дыхании.

Буферные свойства гемоглобина обусловлены соотношением восстановленного гемоглобина (ННb) и его калиевой соли (КНb). В слабощелочных растворах, каким является кровь, гемоглобин и оксигемоглобин имеют свойства кислот и являются донорами Н+ или К+. Эта система может функционировать самостоятельно, но в организме она тесно связана с гидрокарбонатной. Когда кровь находится в тканевых капиллярах, откуда поступают кислые продукты, гемоглобин выполняет функции основания: КНb + Н2СО3 ↔ ННb + КНСО3. В легких гемоглобин, напротив, ведет себя, как кислота, предотвращая защелачивание крови после выделения углекислоты.

Таким образом, механизм регуляции кислотно-основного равновесия крови в целостном организме заключается в совместном действии внешнего дыхания, кровообращения, выделения и буферных систем.

Буферные системы поддерживают кислотно - щелочный баланс в том или ином месте. Если проще, то они поддерживают концентрацию ионов водорода, то есть определённую кислотность среды.

Как написать хороший ответ? Как написать хороший ответ?

  • Написать правильный и достоверный ответ;
  • Отвечать подробно и ясно, чтобы ответ принес наибольшую пользу;
  • Писать грамотно, поскольку ответы без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок лучше воспринимаются.

Мореплаватель — имя существительное, употребляется в мужском роде. К нему может быть несколько синонимов.
1. Моряк. Старый моряк смотрел вдаль, думая о предстоящем опасном путешествии;
2. Аргонавт. На аргонавте были старые потертые штаны, а его рубашка пропиталась запахом моря и соли;
3. Мореход. Опытный мореход знал, что на этом месте погибло уже много кораблей, ведь под водой скрывались острые скалы;
4. Морской волк. Старый морской волк был рад, ведь ему предстояло отчалить в долгое плавание.

Постоянство рН в клетках поддерживается благодаря буферным свойствам их содержимого. Буферным называют раствор, содержащий смесь какой-либо слабой кислоты и ее растворимой соли. Когда кислотность (концентрация ионов Н + ) увеличивается, свободные анионы, источником которых является соль, легко соединяются со свободными ионами Н + и удаляют их из раствора. Когда кислотность снижается, высвобождаются дополнительные ионы Н + . Так в буферном растворе поддерживается относительно постоянная концентрация ионов Н + . Некоторые органические соединения, в частности белки, также имеют буферные свойства.

Являясь компонентами буферных систем организма, ионы определяют их свойства — способность поддерживать рН на постоянном уровне (близко к нейтральной реакции), несмотря на то что в процессе обмена веществ непрерывно образуются кислые и щелочные продукты. Так, фосфатная буферная система млекопитающих, состоящая из НРО4 2− и Н2РО4 − , поддерживает рН внутриклеточной жидкости в пределах 6,9-7,4. Главной буферной системой внеклеточной среды (плазмы крови) служит бикарбонатная система, состоящая из Н2СO3 и HCO4 − и поддерживающая рН на уровне 7,4.

Буферные системы организма человека и животных - системы, обеспечивающие поддержку кислотно-щелочного равновесия, устойчивости рН жидкости организма. Они, как правило, образуют сопряженные кислотно-основные пары. У живых сущетсв есть несколько основных буферных систем организма, обеспечивающих постоянство рН в клетках и межклеточной жидкости. В клетках рН поддерживается фосфатными и белковыми буферными системами живых организмов. Основным внеклеточной буфером является гидрокарбонатная система. Сочетание этих основных буферных систем организма человека и животных обеспечивает поддержание постоянства рН среды одной из важнейших жидкостей организма - крови.

Следует добавить, что мощной буферной системой организма человека является гемоглобиногенная система буфера крови, доля которой составляет около 75% всей буферной емкости крови. Гемоглобиногенная кислотно-основная система состоит из неионизированного гемоглобина ННb (донор протонов, слабая органическая кислота) и калиевая соль гемоглобина КНb (основная соль, акцептор протонов). Важно то, что гемоглобиногенные основные буферные системы организма человека и животных могут взаимодействовать с гидрокарбонатной системой, которая является главным щелочным резервом крови. В капиллярах тканей взаимодействие гемоглобина с кислотой способствует сохранению гидрокарбонатов, то есть щелочных резервов (КНb + Н2СО3 → КНСО3 + ННb). В легких гемоглобин вытесняет из гидрокарбонатов Н2СО3, что сопровождается уменьшением щелочных резервов 2ННb + К2СО3 → Н2СО3 + 2КНb.

Именно так обеспечивается сохранение рН крови в пределах физиологически допустимых величин – от 7,2 до 7,4 условных единиц. Плазменная гидрокарбонатная буферная система живых организмов (H2CO3 / HCO3-) эффективно функционирует при рН приблизительно равному 7,4. При рН крови 7,4 соотношение концентрации H2CO3 и HCO3- приблизительно равно 20:1. При поступлении в кровь кислых продуктов метаболизма ионы Н+ взаимодействуют с гидрокарбонатом, образуется избыток угольной кислоты, которая распадается. Углекислота переходит в газовую форму в легких и выводится из организма. Это приводит возвращения соотношение H2CO3 / HCO3 к норме, а следовательно, и к восстановлению рН 7,4. Когда рН плазмы крови повышается, ионы ОН взаимодействуют с угольной кислотой, которая переходит в гидрокарбонат-ион HCO3-. Это вызывает растворения в плазме или сыворотке крови дополнительного количества углекислоты, которая содержится в газовом пространстве легких. Концентрация H2CO3 в плазме возрастает до нормального соотношения.

Фосфатная буферная система организма живых существ состоит из сопряженной кислотно-основной пары H2PO4- и HPO2-4. Эта пара имеет рН 6,86, поэтому фосфатная буферная система живых организмов служит буфером в пределах рН 6,1-7,7. Важную роль фосфатные буферные системы организма животных и человека играют в поддержании постоянства рН внутриклеточной жидкости, находящейся в пределах рН от 6,9 до 7,4 условных единиц. Буферные системы живых организмов составляют первую линию защиты организма от изменения рН. Дополнительные потенции обеспечивает деятельность почек и легких, которые выводят из организма СО2, щелочные и кислые продукты метаболизма. Так, при снижении рН дыхание стимулируется, что приводит к выведению из организма избытка СО2, и, наоборот, при повышении рН частота дыхания снижается для уменьшения выведения СО2 легкими.

В клинической практике определяют показатели кислотно-щелочного равновесия:

  • рН мочи и крови, концентрацию в плазме иона гидрокарбоната, парциальное давление СО2 в крови, избыток буферных оснований неразведенной крови и плазмы крови (щелочной резерв).

Литература

  1. Боечко Ф.Ф., Боечко Л.О. Основные биохимические понятия, определения и термины. - М., 1993.
  2. Гонский Я.И., Максимчук Т.П. Биохимия человека. - Тернополь, 2001.

Полезно знать

© VetConsult+, 2015. Все права защищены. Использование любых материалов, размещённых на сайте, разрешается при условии ссылки на ресурс. При копировании либо частичном использовании материалов со страниц сайта обязательно размещать прямую открытую для поисковых систем гиперссылку, расположенную в подзаголовке или в первом абзаце статьи.

Читайте также: