Буферлік жүйелердің биологиялық маңызы

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Буферлік жүйелердің биологиялық маңызы
Тірі организмдердегі буферлік жүйелер қан мен тканьдердің рН тұрақтылығын қамтамасыз етіп отырады. Арнайы зерттеулердің нәтижесінде тірі организмдерде алмасу процесі кезінде көптеген мөлшерде қышқыл өнімдер түзілетіндігі дәлелденген. Мысалы, тәулігіне организмде 20-30 л бір нормальды күшті қышқылға эквивалентті әртүрлі қышқылдар түзіліп отырады. Организм сұйықтарының рН тұрақтылығын оның құрамындағы қуатты буферлік жүйелер сақтайды.
Клетка ішіндегі сұйықтардың рН мәндері көп жағдайда 6,8-ден 7,8-ге дейінгі аралықта өзгеріп отырады. Қажетті рН-ты сақтауға қатысатын көптеген буферлік жүйелердің ішінде НСО-3 - Н2СО3 және НРО42- - Н2РО4- жүйелері бар. 7-кестедегі мәліметтерден рН 6,5-8,0 мәндеріне мүмкіндігінше жақын келетін осы аталған жүйелер екенін байқауға болады. Бұл буферлердің компоненттері қышқылдар және сілтілермен былайша әрекеттеседі:
Плазма (Na+, K+, Ca2+, Mg2+)
рH = 7,4
рК
Гидрокарбонатты - 35% 6,38
Фосфатты - 2% 7,2
Белокты - 7%
--------------
44%
Эритроцит (негізінен К[+])
рН = 7,25
рК
ННb және ННbО2 - 35% 6,2 және 6,92
Гидрокарбонатты - 18% 6,38
Фосфатты - 3% 7,2
-----------
56%
Артерия қаны
В = 25,3 ммольл
ННbО2 ⇄ Н[+] + НbО2[-]
әлс. қ-л қосарл. н-з
рК = 6,95
рН(арт. қаны) = 7,41 +- 0,05
ННbО2
Вена қаны
В = 24,3 ммольл
ННb ⇄ Н[+] + Нb[-]
әлс. қ-л қосарл. н-з
рК = 6,2
рН(вена қаны) = 7,35 +- 0,05
ННb[-] + О2
НСl + НСО-3 = Сl- + Н2СО3
NaOH + Н2СО3 = H2O + NaHCO3
және HCl + HPO42-= Cl- + H2PO4-
NaOH + H2PO4- = H2O + HPO42-
Бикарбонат пен көмір қышқылынан түзілген буфер қандағы оттегі мен көміртегі диоксидін тасымалдауды реттеуде шешуші әрі өте маңызды роль атқарады. Қан плазмасының рН 7,4 мәні негізінен НСО-3 Н2СО3 және НРО42- H2PO4- жүйелерімен, сонымен қатар плазманың әртүрлі белоктарымен тұрақтандырылады. Қанның белоктары полиаминқышқылдар болғандықтан буферлік жүйелер сияқты қызмет атқарады. Бұл жүйені қарапайым Ме - белок Н - белок жұбы түрінде қарастыруға болады. Плазма катиондарының басым бөлігін Na+ иондары құрайды. Айтарлықтай аз мөлшерде К+, Са2+ және Mg2+ иондары кездеседі. Гендерсон-Гассельбах теңдеуі бойынша:
7,4 = 6,4 + lgHCO3- Н2СО3 немесе НСО3- Н2СО3 = 10
Эритроциттерде буферлік қызметті НСО3- Н2СО3 жүйесі және гемоглобин атқарады. рН 7,25 шамасында. Катиондардан негізінен К+ катионы бар. Тағы да Гендерсон-Гассельбах теңдеуін қолдансақ, НСО3- және көмір қышқылының қатынасы 7 шамасында екенін көреміз. Эритроцит мембранасы НСО3-, ОН- және Сl- иондарына жақсы өтімді де, керісінше, басқа иондарды нашар өткізеді.
Қанның маңызды буферлік жүйелері мен олардың салыстырмалы буферлік сыйымдылықтары 22-кестеде келтірілген.
Өкпеде гемоглобин мен оттегінің реакциясы нәтижесінде түзілетін оксигемоглобин артерия қанымен қапилляр тмырларына тасымалданады, одан әрі миоглобиннің қатысуымен оттегі тканьдерге беріледі. Гемоглобин де, оксигемоглобин сияқты әлсіз қышқыл болып табылады. Дегенмен оксигемоглобин гемоглобинге қарағанда күштірек қышқыл болып келеді:
ННb ⇄ Н+ + Нb- рК = 8,2
ННbО2 ⇄ Н[+] + НbО2[-] рК = 6,95
мұндағы ННb және ННbО2 - бір негізді гемоглобин және оксигемолобин. Олай болса, рН 7,25 болғанда, шамамен 65% ННbО2 диссоциацияланған түрде болады да, ННb тек қана 10% иондарға ыдырайды деген сөз.
Кесте 22
Қанның буферлік жүйелері және олардың салыстырмалы буферлік сыйымдылықтары

ННbО2 оттегіні бөлуіне көміртегі диоксиді мықты әсер етеді. Көміртек диоксиді - метаболизмнің ақтық өнімі, оны қанға әртүрлі тканьдер бөліп отырады.
Оттектің бөлінуіне көміртек диоксиді болуы мықты әсер етеді.
СО2 молекулаларының басым бөлігі мембрана арқылы эритроциттерге диффузияланып, онда сумен әрекеттеседі де Н2СО3 түзеді. Бұл кезде төмендегі реакциялар орын алады:
ННbО2 -- ННb + О2
ННbО2 ⇄ НbО2-+ Н+
НbО2- -- Нb- + О2
НbО2- -ге қарағанда ННbО2 оттегіні оңайырақ бөледі, сондықтан көмір қышқылының пайда болуына байланысты рН-тың төмендеуі бірінші реакцияны ынталандырады. Әлсіз ННb қышқылының Нb- қосарланған негізі мына теңдеуге сәйкес көмір қышқылымен әрекеттесуге оңтайлы келеді:
Нb- + Н2СО3 -- ННb + НСО-3
Түзілген бикарбонат-ион мембрана арқылы сыртқа шығып, қанның ағысымен өкпеге бағытталады. Қөмір қышқылының бөлініп шығу механизмдерінің бірі осындай. Вена қаны өкпеге қайта келіп жеткенде гемоглобин қайтадан оттегімен оксигемоглобин түзе әрекеттеседі:
ННb + О2 -- ННbО2
Бикарбонат ионының қатысында рН өседі, сондықтан мына реакциялар орын алады:
ННbО2 + НСО[-]3 -- НbО2[-] + Н2СО3
және Н2СО3 -- Н2О + СО2
Содан кейін көміртек диоксиді атмосфераға шығарылады.
Организмнен тыс (in vitro) гидратация және дегидратация баяу жүреді. Ал физиологиялық жағдайларда (in vivo) бұл реакциялар көміртек диоксидін тасымалдауды тиімді қамтамасыз ететін жылдамдықпен жүре алады. Осы екі реакция да эритроциттердің құрамында болатын арнайы карбоангидраза ферментімен катализденеді.
Тыныс алу процесінің біршама толық механизмі кестеде келтірілген.

Фосфатты буферлік жүйе (NaН2РО4 + Na2НРО4) дигидрофосфат және гидрофосфат-иондары арасындағы тепе-теңдікпен сипатталады:
Н2РО4- ⇄ НРО42- + Н+
ПД ПА
Несеп және ас қорыту бездерінің сөлдері сияқты биологиялық сұйықтар үшін маңызы зор. Қандағы фосфатты буферлік жүйенің әсері мардымсыз.
Фосфатты буфер былайша қызмет жасайды: қанға күштірек қышқыл келіп түскенде ол Na2HPO4 - пен әрекеттесіп, бейтарап тұз түзеді, нашар диссоциацияланатын бір негізді тұздың мөлшері өседі.
Қанға күшті негіз қосқанда ол бір негізді тұзбен әрекеттесіп, екі негізді әлсіз сілтілік тұз пайда болады. Қанның активті реакциясы бұл кезде аздап қана өзгереді. Екі жағдайда да бір немесе екі негізді тұздардың артық мөлшері несеп арқылы сыртқа шығарылады.
HCl + Na2HPO4 = NaCl + NaH2PO4
H+ + HPO2-4 ⇄ H2PO4-
ПД ПА
NaOH + NaH2PO4 ⇄ Na2HPO4 + H2O
OH- + H2PO4+ ⇄ HPO2-4 + H2O
ПА ПД
Қан плазмасының ақуыздары өздерінің амфотерлік қасиеттеріне байланысты буферлік жүйенің ролін атқарады. Қышқыл ортада олар өздерін сілтілер сияқты көрсетіп, қышқылдарды байлайды; сілтілік ортада қан плазмасының ақуыздары қышқылдар сияқты әрекеттесіп, сілтілерді бейтараптайды.
Ақуыз буферлерінің әсер ету механизмі алдында қарастырылған жүйелердің жұмысына ұқсас болып келеді:
Pt-COOH ⇄ Pt - COO- + H+
(ПД) әлсіз қ-л қосарланған н-з (ПА)
Н+ + Pt-COO- ⇄ Pt-COOH
ПД ПА
ОН[-] + Pt-COOH ⇄ Pt-COO[-] + Н2О
ПА ПД
Амфолитті ақуыз молекулалары да буферлік әсер танытады:

Екі жағдайда да Н+ және ОН- иондары ақуыз молекуласымен байланысқан, сондықтан ортаның рН-ы айтарлықтай өзгермейді.
Қанның тұрақты реакциясын сақтауда тыныс алу аппаратынан басқа бүйректің маңызы өте зор. Ол организмнен қышқылдардың да, негіздердің де артық мөлшерін шығарып отырады. Активті реакция қышқылдық бағытқа қарай ығысқанда бүйректер көп мөлшерде несеппен сыртқа натрийдің бір негізді фосфатын шығарады, ал реакция сілтілік ортаға өткен кезде көп мөлшерде ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.