Буферное действие растворов

В процессе обмена веществ постоянно образуются промежуточ­ные продукты кислого или щелочного характера, которые должны были бы сильно изменять активную реакцию внутренней среды ор­ганизма. Однако этих изменений либо совсем не происходит, ли­бо наблюдаются незначительные сдвиги рН. Это объясняется на­личием в организме систем веществ, обладающихбуферными свойствами, которые проявляются в связывании избытка водородных или гидроксильных ионов в слабо диссоциирующие молекулы. Буферное действие сохраняется при разбавлении и концентрировании буферных растворов.

Типичные буферные системы представляют собой смеси рас­творов слабых кислот с растворами их солей от сильных оснований или смеси растворов слабых оснований с растворами их солей от сильных кислот (табл. 4).

Таблица 4. Наиболее распространенные буферные системы живых организмов.

Название буферной системы Состав буферной системы
Кислотные буферные системы
Бикарбонатный буфер Белковый буфер Фосфатный буфер Ацетатный буфер H2CO3 + NaHCO3 Белок-кислота + белок-соль NaH2PO4 + Na2HPO4 CH3COOH + CH3COONa
Основные буферные системы
Аммонийный буфер NH4OH + NH4Cl

Бикарбонатный буфер составляет 53% буферной емкости кро­ви, фосфатный - 5%, белковый буфер плазмы - 7%, гемоглобиновый - 35%. Внутри клеток макси­мальной буферной емкостью обладают белковые системы, несколько меньшей - фосфатная и бикарбонатная. В эритроцитах более 80% буферной емкости обеспечива­ют системы гемоглобина и оксигемоглобина.

Действие буферных систем рассмотрим на примере бикарбонатной системы. Считая диссоциацию угольной кислоты незначительной, а диссоциацию ее соли полной, состав бикарбонатной системы можно представить таким образом: Н2СО3 + НСО3- + Na+ . Если к этой системе добавить избыток сильной кислоты, напри­мер часто образующейся в обменных процессах молочной кислоты, почти пол­ностью диссоциированной на ионы СН3СНОНСОО- и Н+, то в реакцию с избыт­ком водородных ионов вступят анионы НСО3-:

СН3СНОНСОО- + Н+ + НСО3- + Na+ = СН3СНОНСОО- + Na+ + Н2СО3. Образуются слабодиссоциирующие мо­лекулы Н2СО3, в которых избыток водородных ионов оказывается связанным. Остающиеся в растворе анионы СН3СНОНСОО- и катионы Na+ не влияют на активную реакцию среды раствора. Мо­лекулы угольной кислоты Н2СО3 разлагаются с выделением углекислого газа:

Н2СО3 = Н2O + CO2.

Если к этой буферной системе добавить избыток щелочи, например NаОН, почти полностью диссоциированной в растворе на ионы Na+ и ОН-, то в реак­цию с избытком гидроксильных ионов вступают молекулы Н2СО3, степень дис­социации которых увеличивается вследствие связывания водородных ионов с гидроксильными в слабо диссоциирующие молекулы воды:

Н2СО3 = Н+ + НСО3-; Н+ + НСО3- + Na+ +ОН- = Н2O +Nа+ + НСО3-.

Остающиеся в растворе анионы НСО3- и катионы Nа+ не влияют на активную реакцию среды. По этому же принципу действуют и другие буферные системы.

Буферное действие системы не безгранично. При добавлении слишком большого количества кислоты или щелочи запас буфер­ных веществ системы исчерпывается и активная реакция среды изменяется. Количественное выражение способности раствора к буферному действию называется буферной емкостью. Она измеря­ется числом грамм-эквивалентов сильной кислоты или щелочи, ко­торое нужно прибавить к 1 л раствора, чтобы его рН изменился на 1.

Способность буферных систем нейтрализовать кислоты значи­тельно больше, чем способность нейтрализовать щелочи. Буферные системы срабатывают быстро – в течение нескольких секунд. Основным механизмом поддержания постоянства реакции сре­ды при накоплении большого количества щелочей является выде­ление с мочой избытка щелочных солей. При избытке кислот уси­ливается выведение с мочой ионов Н+, а щелочные соли удержи­ваются в крови. Из кровеносных капилляров в клетки стенок почечных канальцев по­ступает СО2. Под действием карбоангидразы из него обра­зуется угольная кислота, диссоциирующая на ионы Н+ и НСО3-. Распад угольной кисло­ты усиливается тем, что из просвета почечного канальца в клетку поступают ионы нат­рия, содержащиеся в первич­ной моче. На их место в мочу выделяются водородные ионы. Моча закисляется, а бикарбо­нат выделяется из клетки в кровь, увеличивая ее щелочной резерв. Уменьшение кис­лотности крови за счет закисления мочи происходит также при превращении в почках двузамещенных фосфатов в однозамещенные и при связывании водород­ных ионов с молекулами аммиака в ионы аммония, которые по­ступают в мочу.

Нормализация кислотно-щелочного равновесия с участием по­чек осуществляется сравнительно медленно - за 10-20 часов.

В поддержании постоянства рН организма значительную роль играют процессы дыхания, так как образующийся углекислый газ усиленно выводится через легкие. Влияние дыхательной системы на кислотно-щелочное равновесие проявляется через 1-3 мин после наметившегося сдвига его в крови.

В покое реакция крови и клеточного содержимого слабощелоч­ная: рН артериальной крови равен 7,37-7,41, венозной - 7,34-7,35, в клетке он немного ниже. При поступлении с пищей большо­го количества кислых или щелочных продуктов, выполнении на­пряженной мышечной работы или при заболеваниях рН может из­меняться, но в очень небольших пределах: рН крови колеблется от 7,0 (у высокотренированных спортсменов от 6,8) до 7,7; в клет­ках - от 6,0 до 8,0; в моче - от 5,5 до 7,5. Изменение рН про­исходит только после исчерпания буферных резервов. Состояние организма, характеризующееся накоплением веществ кислого ха­рактера, получило названиеацидоза, а щелочного- алкалоза.Если рН при этом остается без изменения, то ацидоз или алкалоз называетсякомпенсированным. При изменении активной реакции среды говорят онекомпенсированных ацидозе или алкалозе.

Так как в ходе метаболических реакций образуется больше кислых, чем щелочных, продуктов, особое значение имеетщелочной буферный резерв. Его можно несколько повысить, увеличив по­требление растительных продуктов и систематически выполняя специальные физические упражнения.


4574720896390961.html
4574773955204517.html
    PR.RU™