Аминокислотные и белковые буферные системы
— Глициновая буферная система
1. рН раствора = pI глицина
глицин преимущественно в форме цвиттер-иона +NH3-CH2-COO- Буферное действие практически отсутствует.
2. рН раствора < pI глицина
NH3+CH2COOH |
|
|
|
NH3+CH2COO |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
сопряженная кислота |
|
|
|
± |
] [H |
+ |
] |
|
[Gly |
± |
] |
|||||
NH3+CH2COO- |
K |
|
= |
[Gly |
|
pH = K−COOH +lg |
+ |
|||||||||
дис |
|
[Gly+ ] |
|
|
|
[Gly |
] |
|||||||||
сопряженное основание |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Максимальная буферная емкость при рН = рК—СООН = 2,35 [Gly+]=[Gly+]
31
3. рН раствора > pI глицина
NH3+CH2COOH 
NH3+CH2COO +
сопряженная+ кислота-
NH3 CH2COO
сопряженное основание
Kдис = [Gly[ −] [±H] + ]
Gly
pH = pK + |
+lg |
[Gly−] |
||
− NH3 |
|
[Gly |
± |
] |
|
|
|
||
Максимальная буферная емкость при рН= pK—+NH3 = 9,78 [Gly -]=[Gly+]
32
Белковая буферная система
— рН раствора < pI белка |
|
|
|
|
Рrot + |
|
|
|
Prot + + H+ |
|
|
|||
|
|
|
||
сопряженная |
|
|
|
сопряженное |
кислота |
|
|
|
основание |
— рН раствора > pI белка
Prot + |
Рrot - + H+ |
сопряженная |
сопряженное |
|
кислота |
основание |
33 |
|
|
Белковая буферная система
NH2 |
|
Prot |
|
|
|
COONa |
акцептор протона |
|
|
Prot — |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
NH2 |
|
|
Prot |
|
|
COOH |
донор протона |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
макромолекулярный |
||
В водных растворах: |
|
|
|
|
|
|
|
остаток белка |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
H2N |
|
|
Prot |
|
COOH(R) |
|
|
|
H3N+ |
|
Prot |
|
COO–(R± ) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
акцептор |
|
донор |
|
донор |
|
акцептор |
|||||||||||
|
|
|
протона |
|
протона |
|
протона |
|
протона |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(цвиттер-ион) |
||||
pI (ИЭТ) — изоэлектрическая точка белка — значение pH, при котором молекула белка электронейтральна.
34
Механизм действия
При добавлении сильной кислоты:
H3N+ |
|
Prot |
|
COO– + H+ |
|
H3N+ |
|
|
Prot |
|
COOH |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
катион белка |
||||
При добавлении щёлочи:
|
|
−H+ |
|
|
|
|
|
||
H3N+ |
|
Prot |
|
COO– + OH– |
H2N |
|
Prot |
|
COO– + HOH |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
анион белка |
|||
35
Механизм действия
Белковая буферная система поддерживает постоянство pH в клетках и тканях, причём:
катионная (R+) — в средах с pH < 6; анионная (R−) — в средах с pH > 6
В крови работает анионная белковая буферная система
Попадающие на кожу человека небольшие количества кислоты или щёлочи довольно быстро нейтрализуются белковой буферной системой.
36
Механизм действия анионного белкового буфера При добавлении сильной кислоты:
H2N |
|
|
Prot |
|
COO– + H+ |
|
H3N+ |
|
Prot |
|
COO– |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
белок-основание |
|
соль белка-основания |
||||||||
При добавлении щёлочи: |
|
сопряжённая кислота |
|||||||||
|
|
−H+ |
|
|
|
|
|
|
||
H3N+ |
|
Prot |
|
COO– + OH– |
|
H2N |
|
Prot |
|
COO– + HOH |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|||||||
соль белка-основания |
сопряжённое белок-основание |
|||||||||
|
кислота |
|
|
|
|
|
|
|||
37
Гемоглобиновая буферная система
Гемоглобиновая |
|||||
H–Hb (pKa = 8,2) |
|||||
K+Hb− |
|
||||
|
венозная кровь |
||||
|
pH = 7,32–7,36 |
||||
|
|
|
Bщ > Bк |
||
HHb + OH− H2O + Hb− |
|||||
Hb |
|
+ H |
|
|
HHb |
− |
+ |
|
|||
|
|
|
|
||
N N
Fe2+ 
N
N
гем
|
|
Оксигемоглобиновая |
|||||||||||
|
|
HHbO2 |
|
(pKa = 6,95) |
|
||||||||
|
|
K+HbO2− |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
артериальная кровь |
|
||||||||||
|
|
pH = 7,42–7,46 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Bк > Bщ |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
||
|
|
HHbO2 + OH− |
|
H2O + HbO2− |
|||||||||
|
|
HbO2 |
|
+ H |
|
|
|
HHbO |
2 |
|
O |
+ HHb |
|
|
|
|
− |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2O |
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
N |
N |
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
||
|
Fe2+ |
+ O2 |
|
Fe2+ |
|
|
|
+ H2O |
|||||
N |
N |
N |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
глобин |
|
|
глобин |
|
|
|
|
|
|
|||
миоглобин |
оксимиоглобин |
|
|
|
38 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кооперативное действие гидрокарбонатной и оксигемоглобиновой буферной систем
pKa |
6,1 |
|
6,95 |
8,2 |
|
|
H |
CO |
|
HHbO2 |
HHb |
|
2 |
|
3 |
Сила кислоты уменьшается |
|
|
HCO3− |
HbO2− |
Hb− |
||
Оксигемоглобин — более сильная кислота, чем гемоглобин, но слабее угольной кислоты!
39
Кооперативное действие гидрокарбонатной и оксигемоглобиновой буферной систем
В лёгких:
HHb + O2 HHbO2
(вдох)
Карбонангидраза
HCO3- + HHbO2 → HbO2- + CO2 + H2O
(выдох)
В тканях:
HbO2- → Hb- + O2
Карбонангидраза
CO2 + H2O H2CO3
H2CO3 + Hb- → HCO3- + HHb
40