Буферные системы

Содержание

Слайд 2

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

Организм человека располагает тонкими механизмами координации происходящих в нём процессов и

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ Организм человека располагает тонкими механизмами координации происходящих в нём процессов
поддержания постоянства внутренней среды.
Эта координация называется гомеостазом. Она осуществляется с помощью гуморальной регуляции, т.е через кровь, тканевую жидкость, лимфу с помощью биологически активных веществ( ферментов, гормонов и других веществ).

Слайд 3

Сохранение постоянства рН жидких сред организма имеет очень важное значение для жизнедеятельности

Сохранение постоянства рН жидких сред организма имеет очень важное значение для жизнедеятельности
человеческого организма, т.к.
ионы Н+ катализируют многие биохимические превращения( расщепление белков в жкт),
кроме того, многие ферменты и гормоны проявляют свою биологическую активность только в строго определённом интервале рН и
даже незначительные сдвиги рН могут оказать существенное влияние на величину осмотического давления биологических жидкостей.

Слайд 4

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

Поддержанию на постоянном уровне концентрации ионов водорода способствуют буферные растворы –

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ Поддержанию на постоянном уровне концентрации ионов водорода способствуют буферные растворы
растворы, рН которых не меняется при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот, щелочей, а также при разведении.
Простейший буферный раствор- это смесь слабой кислоты и соли, имеющей с этой кислотой общий анион, либо
смесь слабого основания и соли с общим катионом.

Слайд 5

КЛАССИФИКАЦИЯ БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ

1 тип буферных растворов:
Ацетатный - СН3СООН и СН3СООNa
Фосфатный -

КЛАССИФИКАЦИЯ БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ 1 тип буферных растворов: Ацетатный - СН3СООН и СН3СООNa
NaH2PO4 и Na2HPO4
Бикарбонатный - Н2СО3 и NaHCO3
Белковый – РtCOOH и PtCOONa
Гемоглобиновый – HHb и KHb
Оксигемоглобиновый -HHbO2 и KHbO2.

Слайд 6

КЛАССИФИКАЦИЯ БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ

2 тип буферных растворов:
Аммиачный – NH4OH и NH4Cl.
По более

КЛАССИФИКАЦИЯ БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ 2 тип буферных растворов: Аммиачный – NH4OH и NH4Cl.
современной классификации БР делят на следующие группы :
1. БР, состоящие из слабой кислоты и её аниона - НА/A- (CH3COOH / CH3COO-)
2. БР, состоящие из слабого основания и его катиона – В/BH+( NH4OH / NH4+)

Слайд 7

КЛАССИФИКАЦИЯ БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ

3. БР, состоящие из аниона кислой и средней соли, или

КЛАССИФИКАЦИЯ БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ 3. БР, состоящие из аниона кислой и средней соли,
из анионов двух кислых солей, например, фосфатная буферная система – Н2РО4-/HPO42-
4. БР, состоящие из ионов и молекул амфолитов. К ним относятся белковые БС, гемоглобиновая и оксигемоглобиновая БС.

Слайд 8

РН БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ

Так как любой БР содержит слабый электролит, к процессу его

РН БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ Так как любой БР содержит слабый электролит, к процессу
диссоциации можно применить закон действующих масс, например, для ацетатного БР:
СН3СООН = СН3СОО- + Н+
СН3СООNa = СН3СОО- + Na +
СН3СОО- Н+
К(СН3СООН) = СН3СООН
К СН3СООН
Н+ = СН3СОО-

Слайд 9

РН БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ

Так как концентрация ионов СН3СОО- велика из-за диссоциации соли, процесс

РН БУФЕРНЫХ РАСТВОРОВ Так как концентрация ионов СН3СОО- велика из-за диссоциации соли,
диссоциации СН3СООН по принципу Ле -Шателье сдвинут влево, поэтому концентрация недиссоциированных молекул СН3СООН практически равна общей концентрации кислоты в БР,
а концентрация ионов СН3СОО- равна концентрации соли в БР, поэтому:

Слайд 10

К Кислота
Н+ = соль
После логарифмирования:
cоль
рН = рК + lg

К Кислота Н+ = соль После логарифмирования: cоль рН = рК +
кислота
( Для буферных систем 1 типа)
Для буферных систем 2 типа:
соль
рН = 14 - рК – lg основание
Данные уравнения называются уравнениями Гендерсона - Гассельбаха

Слайд 11

МЕХАНИЗМ БУФЕРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Если к буферному раствору добавить сильную кислоту, то ионы водорода

МЕХАНИЗМ БУФЕРНОГО ДЕЙСТВИЯ Если к буферному раствору добавить сильную кислоту, то ионы
будут соединяться с анионами с образованием слабого электролита и реакция среды при этом не меняется:
СН3СООNa + HCl = CH3COOH + NaCl
СН3СОО- + H+ = CH3COOH

Слайд 12

МЕХАНИЗМ БУФЕРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Если к буферному раствору прибавить
сильное основание, то ионы

МЕХАНИЗМ БУФЕРНОГО ДЕЙСТВИЯ Если к буферному раствору прибавить сильное основание, то ионы
ОН- будут
взаимодействовать с ионами Н+, которые
содержатся в небольшом количестве,
вследствие небольшой диссоциации
кислоты. В результате образуется Н2О.
Кроме этого, увеличение концентрации ионов
СН3СОО- приводит к смещению равновесия
процесса диссоциации СН3СООН влево, поэтому рН не изменяется:

Слайд 13

МЕХАНИЗМ БУФЕРНОГО ДЕЙСТВИЯ

СН3СООН + NaOH = СН3СООNa + H2O
СН3СООН + OH- =

МЕХАНИЗМ БУФЕРНОГО ДЕЙСТВИЯ СН3СООН + NaOH = СН3СООNa + H2O СН3СООН +
СН3СОО- + H2O
Уравнение Гендерсона- Гассельбаха показывает, что рН буферного раствора данного состава определяется соотношением кислоты и соли и не зависит от разбавления, т.к. при изменении объёма раствора концентрация каждого компонента изменяется в одинаковое число раз, а их соотношение остаётся постоянным.

Слайд 14

БУФЕРНАЯ ЁМКОСТЬ

Способность буферного раствора сохранять рН при добавлении сильных кислот или щелочей

БУФЕРНАЯ ЁМКОСТЬ Способность буферного раствора сохранять рН при добавлении сильных кислот или
не беспредельна и ограничена величиной, называемой буферной ёмкостью.
За единицу буферной ёмкости принята ёмкость такого БР, для изменения рН которого на единицу требуется введение сильной кислоты или щёлочи в количестве 1 моль эквивалента на 1 литр буферного раствора.

Слайд 15

БУФЕРНАЯ ЁМКОСТЬ

Буферная ёмкость рассчитывается по кислоте и щёлочи ( моль/л):
n(к.)
В(к.) =

БУФЕРНАЯ ЁМКОСТЬ Буферная ёмкость рассчитывается по кислоте и щёлочи ( моль/л): n(к.)
( рН0 –рН1) V(б.р.)
n(щ)
В(щ.) = (рН1 –рН0) V(б.р.)

n (к) = C (k) V (k)

Слайд 16

БУФЕРНАЯ ЁМКОСТЬ

Буферная ёмкость зависит от:
природы и общих концентраций компонентов буферного раствора, а

БУФЕРНАЯ ЁМКОСТЬ Буферная ёмкость зависит от: природы и общих концентраций компонентов буферного
также от соотношения их концентраций:
чем больше концентрация компонентов и
чем ближе отношение кислота/ соль к 1, тем больше буферная ёмкость.

Слайд 17

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КРОВИ

Для каждой биологической жидкости характерно определённое значение рН и сохранение

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КРОВИ Для каждой биологической жидкости характерно определённое значение рН и
этого значения имеет очень важную роль для нормальной жизнедеятельности организма.
Значение рН крови в норме 7,36, которое поддерживается за счёт буферных систем, содержащихся в крови.

Слайд 18

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

Водородкарбонатная (гидрокарбонатная)- состоит из слабой Н2СО3 и сопряжённого основания

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ Водородкарбонатная (гидрокарбонатная)- состоит из слабой Н2СО3 и сопряжённого
НСО3-.
Углекислота образуется при взаимодействии растворённого в плазме СО2 с водой:
СО2 + Н2О = Н2СО3

Слайд 19

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

Величина рН крови зависит от концентрации свободной растворённой в

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ Величина рН крови зависит от концентрации свободной растворённой
крови Н2СО3 и кислоты, связанной в ион НСО3- :
NaHCO3
рН = рК + lg H2CO3
При нормальном значении рН крови=7,36, соотношение
НСО3- / Н2СО3 = 20 : 1

Слайд 20

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

При поступлении в кровь кислот( например, молочной кислоты) гидрокарбонат

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ При поступлении в кровь кислот( например, молочной кислоты)
их нейтрализует, а избыток СО2 выводится через лёгкие, вызывая увеличение лёгочной вентиляции.
Таким образом, соотношение
НСО3-/Н2СО3, а следовательно, и рН крови не меняется.

Слайд 21

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

Происходящие при этом процессы можно выразить следующей схемой:
Атмосфера

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ Происходящие при этом процессы можно выразить следующей схемой:
СО2(г) СО2(р)
Н2СО3 Н+ + НСО3-
Вследствие того, что концентрация НСО3- в крови значительно превышает концентрацию углекислоты, буферная ёмкость этой системы выше по кислоте и составляет соответственно 40ммоль/л и 1-2ммоль/л.

Слайд 22

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

У гидрокарбонатной буферной системы наибольшая взаимосвязь со всеми буферными

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ У гидрокарбонатной буферной системы наибольшая взаимосвязь со всеми
системами и вне-, и внутриклеточных жидкостей.
Нарушение в любой буферной системе сказывается на концентрациях составляющих гидрокарбонатной БС, поэтому изменение её параметров может достаточно точно характеризовать состояние дыхательных или метаболических нарушений, т.е. кислотно-основного состояния.

Слайд 23

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

Фосфатная буферная система состоит из слабой кислоты Н2РО4- и

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ Фосфатная буферная система состоит из слабой кислоты Н2РО4-
сопряжённого основания НРО42-. В основе её действия лежит равновесие:
Н2РО4- НРО42- + Н+
Фосфатная буферная система способна сопротивляться изменению рН в интервале 6,2 – 8,2, т.е. обеспечивает значительную долю буферной ёмкости крови.

Слайд 24

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

Отношение НРО42- / Н2РО4- в плазме крови равно 4:1,

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ Отношение НРО42- / Н2РО4- в плазме крови равно
поэтому данная буферная система имеет более высокую ёмкость по кислоте, чем по щёлочи ( Вк = 1-2ммоль/л;
Вщ = 0,5 ммоль л)
В связи с малым содержанием фосфатов в плазме крови она менее мощная, чем гидрокарбонатная, однако, эта система играет решающую роль в других биологических средах - в клетке, моче и соках пищеварительных желёз.

Слайд 25

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

Белковые буферные системы- состоят из остатков аминокислот, которые содержат

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ Белковые буферные системы- состоят из остатков аминокислот, которые
-NH2 группы, имеющие слабый основный характер, и –СООН группы, со слабыми кислотными свойствами, поэтому белки способны противодействовать как подкислению, так и подщелачиванию среды.

Слайд 26

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

Белковая и гидрокарбонатная буферные системы работают совместно:
СО2 +

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ Белковая и гидрокарбонатная буферные системы работают совместно: СО2
Н2О = Н2СО3 = НСО3- + Н+ (1)
РtСООН = РtСОО- + Н+ (2)
Равновесия 1 и 2 тесно связаны между собой: при увеличении концентрации СО2 происходит смещение равновесия 1 вправо, а реакции 2 - влево, а это значит, что при увеличении концентрации НСО3- происходит уменьшение концентрации РtСОО- .
Сумма их концентраций остаётся неизменной.

Слайд 27

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ

При увеличении количества ионов Н+ (при избыточном образовании молочной

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЫ КРОВИ При увеличении количества ионов Н+ (при избыточном образовании
кислоты при гипоксии или 3 гидроксимасляной кислоты при диабетическом кетозе) обе эти реакции сдвигаются влево, образуя РtСООН и СО2, избыток которого выводится через лёгкие.

Слайд 28

Буферная ёмкость, определяемая белками плазмы, зависит от:
концентрации белков в плазме,
их вторичной

Буферная ёмкость, определяемая белками плазмы, зависит от: концентрации белков в плазме, их
и третичной структуры,
а также числа свободных протон-акцепторных групп.
Эта система способна нейтрализовать как кислые, так и основные продукты, однако, вследствие преобладания формы белок-основание, её буферная ёмкость значительно выше по кислоте и составляет для альбуминов 10 ммоль/л, а для глобулинов 3ммоль/л

Слайд 29

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ЭРИТРОЦИТОВ

Гемоглобиновая/оксигемоглобиновая БС, на долю которой приходится 75% буферной ёмкости крови.
Гемоглобиновый

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ЭРИТРОЦИТОВ Гемоглобиновая/оксигемоглобиновая БС, на долю которой приходится 75% буферной ёмкости
буфер является разновидностью белковой БС и состоит из 2х форм гемоглобина:
восстановленного ( ННb )
окисленного ( ННbO2 )

Слайд 30

В эритроцитах система гемоглобин/оксигемоглобин играет важную роль в процессах дыхания (транспортная

В эритроцитах система гемоглобин/оксигемоглобин играет важную роль в процессах дыхания (транспортная функция
функция по переносу О2 к тканям и органам и удаление из них метаболического СО2), а также в поддержании постоянства рН внутри эритроцитов, а в результате и в крови в целом).
В основе действия системы гемоглобин/оксигемоглобин лежит следующее уравнение:
НHb + O2 = HHbO2

Слайд 31

НHb является более слабой кислотой, чем HHbO2 :
К(ннb) = 6,3 10-9,

НHb является более слабой кислотой, чем HHbO2 : К(ннb) = 6,3 10-9,
K(ннbо2) = 1,12 10-7),
поэтому ион Нb- способен активнее связывать протон Н+, чем ион HbO2-.
В организме гемоглобиновые БС взаимодействуют с гидрокарбонатной БС.

Слайд 32

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕМОГЛОБИНОВОЙ И ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БС.

В капиллярах большого круга кровообращения оксигемоглобин диссоциирует

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕМОГЛОБИНОВОЙ И ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БС. В капиллярах большого круга кровообращения оксигемоглобин
и отдаёт О2 тканям:
ННbО2 = ННb + О2
Вследствие образования восстановленного гемоглобина, являющегося более слабой кислотой, снижается степень диссоциации кислотных групп гемоглобина и уменьшается отдача ионов Н+ в среду, но активная реакция среды (рН) не меняется, т.к. из тканей в кровь поступает СО2.

Слайд 33

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕМОГЛОБИНОВОЙ И ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БС.

Под действием угольной ангидразы СО2 превращается в

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕМОГЛОБИНОВОЙ И ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БС. Под действием угольной ангидразы СО2 превращается
Н2СО3, при этом происходит одновременный процесс её диссоциации:
Н2СО3 Н+ + НСО3-
Образующиеся в ходе этой реакции ионы Н+ связываются в эритроцитах с восстановленным гемоглобином, который освобождает часть связанных ионов К+ :
КНb + H+ = HHb + K+

Слайд 34

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕМОГЛОБИНОВОЙ И ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БС

Часть ионов НСО3- образуют с ионами К+

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕМОГЛОБИНОВОЙ И ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БС Часть ионов НСО3- образуют с ионами
соединение КНСО3, другая часть ионов НСО3- переходит в плазму, где образуется NаНСО3.
Из плазмы в обмен на ионы НСО3- в эритроциты переходят ионы Сl-, которые с ионами К+ образуют КСl.

Слайд 35

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕМОГЛОБИНОВОЙ И ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БС

В капиллярах большого круга кровообращения: ткань

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕМОГЛОБИНОВОЙ И ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БС В капиллярах большого круга кровообращения: ткань
ткань
CO2 Na+ + HCO3- = NaHCO3
Cl-

HHbO2 = HHb + O2
ННb = H+ + Hb-
СО2 + Н2О = Н2СО3
Н2СО3 Н+ + НСО3-
Н+ + КНb = ННb + K+
K+ + Cl- = KCl
K++ HCO3- = KHCO3

Слайд 36

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕМОГЛОБИНОВОЙ И ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БС

В лёгочных капиллярах
через тончайшую лёгочную мембрану

СОВМЕСТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕМОГЛОБИНОВОЙ И ГИДРОКАРБОНАТНОЙ БС В лёгочных капиллярах через тончайшую лёгочную
по градиенту парциального давления О2 переходит в плазму и эритроциты, при этом происходит оксигенация гемоглобина:
HHb + O2 = HHbO2 = H+ + HbO2-
Ионы Н+ связываются с гидрокарбонат-ионами, а ионы К+ с гемоглобином:
Н+ + НСО3- = Н2СО3
К+ + Нb- = KHb

Слайд 37

Угольная кислота под действием карбоангидразы разлагается на СО2 и Н2О.
Образовавшийся СО2

Угольная кислота под действием карбоангидразы разлагается на СО2 и Н2О. Образовавшийся СО2
переходит из эритроцитов в плазму, диффундирует в лёгкие и удаляется с выдыхаемым воздухом.
Вследствие уменьшения концентрации НСО3- в плазме крови, из эритроцитов в плазму переходят ионы Сl-, где связываются с ионами Na+.
В результате этих преобразований соотношение в артериальной крови
НСО3-/ Н2СО3 остаётся оптимальным (20:1).

Слайд 38

Все указанные процессы можно выразить схемой:

HHb + O2 = HHbO2

Все указанные процессы можно выразить схемой: HHb + O2 = HHbO2 HHbO2
HHbO2 = H+ + HbO2-
Н+ + НСО3- = Н2СО3
Н2СО3 = СО2 + Н2О

Слайд 39

Кислотно-основное состояние

Таким образом, благодаря буферному действию буферных систем происходит лишь небольшое снижение

Кислотно-основное состояние Таким образом, благодаря буферному действию буферных систем происходит лишь небольшое
рН крови, т.е. сохраняется кислотно-основное состояние, несмотря на поступление в кровь значительных количеств кислот,
т.к. в процессе усвоения пищи в организме генерируются значительное количество диоксида углерода (550- 775 г/cут), при взаимодействии которого с с влагой образуется угольная кислота в количестве, эквивалентном поступлению в кровь от 25 до 35 ммоль/ сут ионов Н+.

Слайд 40

Кислотно-основное состояние

Кислотно- основное состояние организма – неотъемлемая часть гомеостаза внутренней среды организма.
Физиологические

Кислотно-основное состояние Кислотно- основное состояние организма – неотъемлемая часть гомеостаза внутренней среды
системы регуляции кислотно- основного состояния связаны с функциональной активностью активностью лёгких и почек.
Смещение кислотно- основного равновесия крови в сторону повышения концентрации ионов Н+ (снижения рН) и уменьшения резервной щёлочности называется ацидозом,
смещение его в сторону снижения концентрации ионов водорода ( повышение рН) и увеличение резервной щёлочности- алкалозом.

Слайд 41

Ацидоз и алкалоз

В зависимости от механизма развития расстройств кислотно-основного состояния выделяют

Ацидоз и алкалоз В зависимости от механизма развития расстройств кислотно-основного состояния выделяют

дыхательный и
метаболический ацидоз и алкалоз.
Метаболический ацидоз характеризуется нарушением метаболизма и может наступить в результате следующих причин:
- избыточное введение или образование в организме стойких кислот (поступление кетокислот при голодании и диабете,

Слайд 42

повышенное образование молочной кислоты при шоке; поступление кислот с пищей, питьём,

повышенное образование молочной кислоты при шоке; поступление кислот с пищей, питьём, медикаментами,
медикаментами, в результате вдыхания загрязнённого воздуха и т.д.);
- неполное удаление кислот( при почечной недостаточности);
- избыточные потери НСО3- иона ( в результате поноса, колита, язвы кишечника)
Имя файла: Буферные-системы.pptx
Количество просмотров: 29
Количество скачиваний: 0