В організмі є 4 біохімічні буферні системи: гідрокарбонатна, фосфатна, гемоглобінова і білкова, кожна з них має в своєму складі слабку кислоту і її сіль з сильною основою.
Гідрокарбонатні буферні системи - найбільш сильний буфер плазми крові і позаклітинної рідини. Значення рН плазми залежить від співвідношення компонентів буферної системи, яке для рН =7,4 складає:
[ НСО3-] : [ Н2СО3] = 20 : 1
Робота гідрокарбонатної буферної системи спрямована на нейтралізацію кислих і лужних продуктів. Якщо у систему надходять кислі продукти (наприклад НСІ), то відбуваються такі протолітичні реакції:
НСІ + Н20 = Сl + НзO+
NаНСО3 = Nа+ + НСО3-
Н3О+ + НСО3- = Н2СО3 + Н2О
Таким чином надлишкова концентрація йонів нейтралізується з утворенням слабкої карбонатної кислоти, надлишок якої в присутності ферменту карбоангідрази (КА) розкладається:
Н2СО3 = СО2 + Н2О
СО2 вилучається через легені і рівновага знову відновлюється.
При надходженні лужних продуктів у реакцію вступає кисла частина буферної системи:
NаОН = Nа+ +ОН-
Н2СО3 + ОН- = НСО3- + Н2О
У цьому випадку сильна основа зaмінюється йонами НСО3-, які виводяться нирками.
Фосфатна система - найбільш сильний внутршньоклітинний фактор.Складається з : Н2PO4-+ НPO4-2. pН = 7,4
Білкова буферна система складається в основному з альбумінів плазми, які є амфолітами, бо містять всередині самої молекули як кислотні групи –СООН, які можуть взаємодіяти з основними факторами, так і аміногрупи -NH2, які маючи основні властивості взаємодіють з кислотними факторами.
Буферна система оксигемоглобін – гемоглобін характеризується рівновагою між йонами гемоглобіну Нb- і гемоглобіном ННb, який є досить слабкою кислотою (КHHb =6,3 . 10 -9)
Нb- + Н3О+ = ННb + Н2О
Нb- + Н2О = ННb + ОH-
Гемоглобін HНb приєднює кисень і утворює оксигемоглобін HНb02
HНb + О2 = HНbО2
При цьому йони Нb02- теж взаємодіють з кислотними і основними факторами.
HbО2- + Н3О+ = HНbО2 + Н2О
HbО2- + Н2О = HНbО2 + ОН-
Таким чином всі рівноваги гемоглобінової системи пов’язані між собою. Частка цієї буферної системи становить ~ 75% буферної ємності крові.
Наявність таких буферних систем в організмі дозволяє нам переносити кислі і лужні продукти, які потім нейтралізуються і в цілому система людини має постійний кислотно-основний баланс.
Особливо важливе значення кислотно-основний баланс має для стану зубів, які приймають на себе вплив з навколишнього середовища кислотних і основних факторів.
Приклади роз’язування задач.
Задача 1.
Аміачна буферна система складається з 100 мл розчину гідроксиду амонію з молярною концентрацією еквівалентів 0,1 моль/л і 50 мл хлориду амонію з молярною концентрацією еквівалентів 0,2 моль/л. ( ). Визначити рН даної системи. Як зміниться рН даного аміачного буферу при доливанні до нього 10 мл розчину кислоти з молярною концентрацією еквівалентів 0,2 моль/л.
Розв'язок:
Так як аміачна буферна система при дисоціації NH4OH = NH4+ + OH-утворює йони ОН-, то їх концентрацію можна розрахувати за формулою:
, звідси
Якщо до даного розчину додати кислоти, то кількість основи в ньому зменшиться і згідно попереднього рівняння можна визначити концентрацію [OH-] в даному буфері:
Отже, рН системи зміниться із 9,25 до 9,16
Задача 2.
Розрахуйте які об’єми розчинів гідрофосфату і дигідрофосфату натрію з молярними концентраціями еквівалентів 0,1 моль/л треба взяти для приготування 100 мл буферного розчину з рН 6,8. ( )
Розв'язок:
Якщо буферний розчин має рН 6,8 то можна визначити концентрацію [H+] визначивши антилогарифм числа –6,8.
-6,8=-7+0,2
10-6,8=100,2*10-7=1,59*10-7
Використавши попередню формулу:
приймемо за VК= = х, а VC= =100-x
Розв’язок рівняння дасть
2,56(100-х) = х
256 = ,56*х
х = 72
Отже, для приготування 100 мл фосфатного буферу необхідно взяти 72 мл розчину NaH2PO4 і 100-72 = 28 мл розчину Na2HPO4 з молярною концкнтрацією еквівалентів 0,1 моль/л.
Заняття №6
Тема: Йонний добуток води. Водневий показник.
Актуальність теми:Біохімічні процеси в організмі людини проходять у водних розчинах. При цьому водне середовище може бути нейтральним, кислим чи основним. Організм успішно справляється з кислотно-основною рівновагою і рН біологічних рідин залишається сталим, що забезпечує його нормальний життєвий рівень. Знання рН біологічних рідин дозволяє виявити патологічні зміни в організмі, попереджувати хвороби.
Навчальні цілі:
Знати: Значення рН шлункового соку, слини і інших біологічних рідин, від чого залежить значення рН різних розчинів.
Вміти: Визначати рН розчинів за допомогою індикаторів. Розраховувати теоретичне значення рН різних розчинів.
Самостійна позааудиторна робота студентів.
1. Напишіть рівняння гідролізу соди.
2. Концентрація водневих йонів в розчині 1.10-3 моль/л. Обчисліть рН і рОН розчину. Вкажіть середовище.
3. Концентрація гідроксильних йонів в розчині 1.10-3 моль/л. Обчисліть рН і рОН розчину. Вкажіть середовище.
4. Обчисліть рН розчину оцтової кислоти, хлоридної кислоти та гідроксиду амонію з молярною концентрацією еквівалентів 0,01 моль/л.
Контрольні питання.
1. Сильні і слабкі електроліти. Ступінь і константа дисоціації.