Реферат: Буферні системи

Поскільки значення молярної концентрації протонів водню та аніонів гідрокси-лу є числа з від‘ємними показниками ступеня, то в розрахунках користуватися ними незручно . Тому,нім . вчений Зьоренсен ввів поняття водневого показни-ка рН (potens hidrojen), що означає в дослівному перекладі « сила водню»:

Водневий показник являє собою десятковий логарифм концентрації водневих іонів з від‘ємним знаком: рН = – Lg [H⁺ ].

Якщо [H⁺ ] = 10 ^–7 , то рН = – Lg [ 10 ^–7 ] = 7 ; [ H⁺ ] = 10 ^-11 то рН = 11 .

Отже :для нейтральних розчинів рН = 7 , для кислих розчинів рН 7, для луж-них розчинів рН > 7 .

Біохімічні процеси проходять при строго визначених значеннях рН. Зміна цих значень може не тільки прискорити чи загальмувати їх протікання, а і повністю змінити напрямки перебігу. Недивлячись на те, що проміжні продукти біохі-мічних процесів мають різні значення рН,в ході обмінних реакцій кардиналь-ної зміни активної реакції середовища не відбувається завдяки наявності в ор-ганізмі речовин, що володіють буферними властивостями .

Буферні властивості проявляються у зв‘язуванні надлишку вільних водневих чи гідроксильних йонів у малодисоційовані чи менш дисоційовані молекули.

Приклад: При бігові на довгі дистанції організм перебуває у стані кисневого голоду. В нор-мі вуглеводи розпадаючись до СО₂ та Н₂ О забезпечують м‘язи енергією розпаду АТФ. Проте при окисленні в умовах дефіциту кисню розпад вуглеводів проходить лише до стадії молоч-ної кислоти. Остання, будучи досить сильною кислотою К_д = 1.38 ^. 10 ^{-- 4} , відчутно закислює внутріклітинне середовище (порушує баланс між концентраціями протонів водню і гідрок-сильних аніонів у сторону збільшення концентрацій перших). Нервові рецептори фіксуючи зміну рН викликають відчуття болю. Через деякий час біль проходить внаслідок нормалізації клітинного та тканинного рН завдяки дії буферних систем.

В рівняннях описаний випадок виглядить слідуючим чином:

С₆ Н₁₂ О₆ 2 СН₃ СН(ОН)СООН

СН₃ СН(ОН)СООН СН₃ СН(ОН)СОО ^-- + Н ⁺ К_д = 1.38 ^. 10 ^–4

NaHCO₃ Na ⁺ + НСО₃ ^--

Н₂ СО₃ Н ⁺ + НСО₃ ^-- К_д = 5 ^. 10 ^--11

Із значнень констант дисоціації молочної та вугільної кислот видно, що протон водню, який утворюється при дисоціації молочної кислоти, зв‘язується гідрокарбонатним аніоном у вугі-льну кислоту, яка являється значно слабкішою (гірше дисоціює) ніж молочна кислота. В ре-зультаті кількість вільних водневих іонів зменшується, кислотність середовища стабілізуєть-ся.

Н⁺ + НСО₃ ^– Н₂ СО₃ Н₂ О + СО₂

Речовини , які володіють буферними властивостями (буферні системи ) явля-ють собою:

1. Суміші розчинів слабких кислот з розчинами їх солей від сильних основ (кислотні б.с. ).

2.Суміші розчинів слабких основ з розчинами їх солей від сильних кислот ( ос-новні б.с. ).

Серед кислотних буферних систем найбільше значення в організмі мають слідуючі:

Гідрокарбонатна: Н₂ СО₃ + NaHCO₃

Ацетатна: СН₃ СООН + СН₃ СООNa

Фосфатна: NaH₂ PO₄ + Na₂ HPO₄

Білкова: білок-кислота + білок-сіль,

асередосновних

Амонійна: NH₄ OH + NH₄ CI .

Буферна дія системи не безмежна, вона визначається буферною ємністю , яка кількісно характеризує здатність системи підтримувати буферну дію. Вимірює-ться кількістю сильної кислоти чи лугу, яку необхідно додати до 1 літру роз-чину щоб його рН змінилося на одиницю.

При розведенні чи концентруванні буферних розчинів, буферна дія зберігається, змінюється лише буферна ємність: при розведенні вона зменшується, при концентруванні– збільшується.

Систематичні тренування приводять до збільшення буферних ємностей орга-нізму.

Питання для самоконтролю

1. Електронна та просторова будова молекул води.