- •Содержание
- •Список условных обозначений
- •Предисловие
- •1. Способы выражения концентраций растворов
- •Задачи на нахождение массовой доли
- •Задачи на нахождение молярной концентрации
- •2. Теоретические основы биоэнергетики
- •2.1 Основные понятия термодинамики
- •2.2. Первый закон термодинамики
- •2.3. Тепловой эффект реакции. Закон Гесса
- •2.4. Энтропия. II закон термодинамики
- •2.5. Энергия Гиббса как критерий самопроизвольности процесса
- •3.Кинетика химических реакций
- •3.2.Факторы, влияющие на скорость химических реакций
- •3.3. Основные свойства ферментов
- •3.4. Ферментативный катализ
- •4. Кислотно-основное равновесие
- •4.1. Кислотность и основность среды
- •4.2. Буферные системы организма
- •5.Комплексные соединения
- •Биогенные элементы
- •Окислительно-восстановительные процессы
- •Высокомолекулярные вещества (вмс)
- •8.1.Общие понятия, классификация высокомолекулярных соединений
- •8.2. Общая характеристика растворов высокомолекулярных соединений
- •Водные растворы белков
- •Набухание высокомолекулярных соединений
- •Вязкость растворов высокомолекулярных соединений
- •Осмотическое (онкотическое) давление в растворах вмс
- •8.7. Мембранное равновесие Доннана
- •8.8. Специфические свойства растворов вмс
- •Классификация и номенклатура органических соединений
- •9.1. Классификация органических соединений
- •9.2. Номенклатура органических соединений
- •10. Пространственное строение органических соединений
- •10.2. Стереоизомерия. Хиральные молекулы. Энантиомеры молекул с одним и более хиральными центрами
- •10.3. Диастереомерия
- •11. Амины
- •Химические свойства
- •12. Спирты. Фенолы
- •Химические свойства спиртов
- •13. Альдегиды, кетоны
- •Химические свойства
- •4. Восстановление и окисление оксосоединений.
- •14. Карбоновые кислоты
- •Представители карбоновых кислот.
- •1. Монокарбоновые кислоты:
- •2. Дикарбоновые кислоты:
- •Изомерия
- •Химические свойства
- •15. Гетерофункциональные соединения
- •15.1. Аминоспирты
- •15.2. Гидроксикислоты
- •15.3. Оксокислоты
- •15.4. Гетерофункциональные производные бензола
- •15.5. Аминокислоты
- •Химические свойства
- •15.6. Пептиды. Белки
- •16. Углеводы
- •16.1. Моносахариды
- •Цикло-оксо-таутомерия
- •16.2. Производные моносахаридов
- •16.3. Дисахариды
- •16.4. Полисахариды
- •17. Гетероциклические соединения
- •17.1. Пятичленные гетероциклические соединения c одним гетероатомом
- •17.2. Пятичленные гетероциклы с двумя гетероатомами
- •17.3. Шестичленные азотсодержащие гетероциклы с одним гетероатомами
- •17.4. Шестичленные азотсодержащие гетероциклы с двумя гетероатомами
- •17.5. Конденсированные гетероциклы
- •18. Нуклеиновые кислоты
- •18.1. Нуклеозиды
- •18.2. Нуклеотиды
- •18.3. Нуклеиновые кислоты
- •19. Липиды
- •19.1. Омыляемые липиды
- •19.2. Неомыляемые липиды
- •19.2.1. Терпены
- •19.2.2. Стероиды
- •Эталоны ответов.
- •Литература
4.2. Буферные системы организма
В поддержании постоянства активной реакции среды организма (изогидрии) важную роль играют буферные системы. Буферными называются системы или растворы, обладающие свойством сохранять рН на постоянном уровне при добавлении небольших количеств кислот или щелочей, так при разведении. По составу различают следующие типы буферных систем:
Кислотные:
бикарбонатный H2CO3
NaHCO3
ацетатный CH3COOH
CH3COONa
фосфатный KH2PO4
K2HPO4
оксигемоглобиновый HHb/HhbO2
Основные: хлоридноаммиачный (аммиачный) NH4OH
NH4Cl
Амфотерные (амфолитные): белковый NH3+ - R – COO-
Каждая из буферных систем характеризуется определенной активной реакцией среды, определяемой основным уравнением буферных систем.
Ниже приведены уравнения для расчета кислотности и основности среды для кислотных буферных систем:
[H+] = Kк Cк
Cс
Для основных буферных систем:
[OH-] = Kо Cо
Сс
где Kк и Ко - константы диссоциации слабой кислоты и основания, Ск, Со, Сс - концентрации кислоты, основания и соли.
Расчет рН буферных систем осуществляется по уравнениям Гендерсона – Гассельбаха для кислотных буферных систем:
pH = pKк – lg Cк
Cc
Для основных буферных систем:
pH = 14 – pKо + lgСо
Cc
Из уравнений Гендерсона-Гассельбаха следует, что рН буферных систем зависит: 1. от природы слабого электролита, т.е. его константы диссоциации; 2. от соотношения компонентов буферного раствора.
рН буферных систем практически не зависит от разведения, т.к. в уравнение Гендерсона - Гассельбаха входит соотношение компонентов.
Механизм буферного действия можно объяснить, исходя из теории электролитической диссоциации. Любая буферная система состоит из слабого электролита (СН3СООН) и сильного электролита - его соли (СН3СООNa).
При добавлении сильных кислот происходит взаимодействие солевой части буфера:
CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl
Происходит замещение сильной кислоты на слабую. При добавлении щелочи реагирует второй компонент буфера:
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
Происходит связывание щелочи в слабый электролит - воду.
Способность буферных систем удерживать pH на определенном уровне является ограниченной. Смещение рН буферного раствора зависит от количества добавляемых сильных кислот и щелочей и изменение вследствие этого концентраций компонентов. Способность буферной системы противодействовать изменению рН определяется буферной емкостью. Буферная емкость равна количеству сильной кислоты или щелочи, при добавлении которых к 1литру буферного раствора его рН изменится на единицу. Буферная емкость вычисляется по формуле:
C∙V
B= ---------
∆pH∙W
где: С и V - концентрация и объем сильной кислоты или щелочи, ΔрН - изменение рН, W - объем буферного раствора
Наибольшей буферной емкостью обладают концентрированные буферные растворы с соотношением концентрации компонентов, равным единице, т.е. растворы с рН = рК (для кислых буферных систем) и с рН = 14 - рК (для основных). Возьмем две буферные системы с соотношением компонентов, равным единице: Cк/Сс = 10/10 и Ск/Сс = 100/100.
Добавим по 5 моль Н+; тогда соотношение компонентов станет равным:
Ск/Сс = 15/5 =3 и Ск/Сс = 105/95 ≈ 1,1.
В более концентрированном буферном растворе рН изменится в меньшей степени, чем в более разбавленном. Если взять две буферные системы с соотношением компонентов:
Ск/Сс = 80/20 = 4 и Ск/Сс = 50/50 = 1,
добавить в обе системы по 10 моль Н+, то соотношение компонентов станет равным:
Ск/Сс = 90/10 = 9 и Ск/Сс = 60/40 = 1,5.
То есть буферная система с соотношением компонентов, равным единице, более устойчива. В целом, буферная емкость определяется природой буферной системы, соотношением компонентов, концентрацией компонентов буферной системы.
В процессе обмена веществ в организме образуются большие количества кислых продуктов - у человека в сутки 20-30 моль сильных кислот. Тем не менее, рН в разных точках организма практически не меняется. Изогидрия органов и тканей организма поддерживается работой трех основных механизмов регуляции кислотно-основного равновесия: буферного действия буферных систем организма,работы органов дыхания,работы выделительных систем.
Из буферных систем организма наибольший интерес представляют буферные системы крови. К ним относятся буферная система гемоголобин-оксигемоглобин (HHb/HhbO2), бикарбонатная (H2CO3/NaHCO3), фосфатная (NaH2PO4/Na2HPO4) и белковая (NH3+ - R – COO-).
Каждая из них играет определенную роль в регуляции кислотно-основного равновесия, при этом буферные системы срабатывают мгновенно. Образующийся сдвиг рН в кислую область (ацидоз) или щелочную (алкалоз) регулируется при участии бикарбонатного буфера органами дыхания за счет регуляции концентрации СО2 в крови. Изменение концентраций компонентов буферных систем организма регулируется органами выделения (почками, потовыми и слюнными железами, кишечником и т.д.).