Буферна система: класификация, пример и механизъм на действие

Огромна роля за нормалното функциониране на човешкото тяло играе равновесието между киселинни бази. Цялата циркулираща кръв в тялото е смес от живи клетки, които са в течно местообитание. Първата характеристика на охраната, която контролира нивото на рН в кръвта, е буферна система

описание

Буферната система е уникален механизъм. В човешкото тяло има няколко, които се състоят от плазма и кръвни клетки. Буферите са базите (протеини и неорганични съединения), които свързват или отделят Н + и ОН-, като унищожават изменението на рН за тридесет секунди. Способността на буфера да поддържа алкално-киселинния баланс зависи от броя на елементите, от които е съставен.

Видове кръвни буфери

Кръвта, която постоянно се движи, са живи клетки, които съществуват в течна среда. РН обикновено е 7.37-7.44. В определен буфер се появява куп йони, класификация на буферните системи е дадено по-долу. Самата тя се състои от плазма и кръвни клетки и може да бъде фосфат, протеин, бикарбонат или хемоглобин. Всички тези системи са достатъчни прост механизъм действия. Тяхната дейност е насочена към регулиране на нивото на йоните в кръвта.

Характеристики на хемоглобиновия буфер

Системата от хемоглобинови буфери е най-мощният от всички, това е алкалът в капилярите на тъканите и киселината в такъв вътрешен орган като белите дробове. Той представлява около седемдесет и пет процента от общия брой буферния капацитет. Този механизъм е включен в различни процеси, които се появяват в човешката кръв и в неговия състав има глобин. Когато хемоглобиновия буфер се превключи на друга форма (оксихемоглобин), се наблюдава промяна в тази форма и се променят киселинните свойства на активното вещество.

Качеството на намаления хемоглобин е по-малко от това на въглеродната киселина, но става много по-добре, когато се окислява. Когато се достигне киселинността на рН, хемоглобинът комбинира водородни йони, се оказва, че той вече е възстановен. Когато въглеродният диоксид се пречиства в белите дробове, рН е алкално. По това време хемоглобинът, който се окислява, действа като донор на протони, с помощта на който балансът на киселинната база е балансиран. Така че буферът, който се състои от оксихемоглобин и неговата калиева сол, спомага за отделянето на въглероден диоксид от организма.

Тази буферна система играе важна роля в дихателния процес, тъй като изпълнява транспортна функция за транспортиране до тъкани и вътрешни кислородни органи и отстранява въглеродния диоксид от тях. Равновесието на киселинната основа вътре в еритроцитите в същото време прилепва към постоянно ниво, следователно и в кръвта.

По този начин, когато кръвта е обогатен с кислород, хемоглобинът се превръща в силна киселина, и дава когато кислород след това се превръща в достатъчно слаба органична киселина. Системите на оксимомоглобин и хемоглобин са взаимна конверсия, те съществуват като една единица.

Характеристики на бикарбонатен буфер

Бикарбонатна буферна система е също мощен, но също и най-лесно управляемият в тялото. Той представлява около десет процента от общия капацитет на буфера. Той има универсални свойства, които осигуряват неговата двустранна ефективност. Този буфер съдържа конюгирана двойка киселина-база, която се състои от молекули като въглерод киселина (източник протон) и бикарбонатен анион (протонен акцептор).

Така, бикарбонатната буферна система улеснява систематичен процес, при който мощна киселина влиза в кръвния поток. Този механизъм свързва киселината с анионния бикарбонат, образувайки киселинния въглерод и неговата сол. Когато алкалът навлезе в кръвта, буферът се свързва с въглеродната киселина, образувайки бикарбонатна сол. Тъй като натриевият бикарбонат в човешката кръв е повече от въглеродната киселина, този буферен капацитет ще има висока киселинност. С други думи, бикарбонатната буферна система (бикарбонат) много добре компенсира веществата, които повишават киселинността на кръвта. Те включват млечна киселина, чиято концентрация се увеличава с интензивно физическо усилие и този буфер реагира много бързо на промени в киселинно-базовия баланс в кръвта.

Характеристики на фосфатния буфер

Система от фосфатни буфери човек заема близо два процента от целия буферен капацитет, което се дължи на съдържанието на фосфат в кръвта. Този механизъм поддържа рН в урината и течността, която е вътре в клетките. Буферът се състои от неорганични фосфати: моноосновни (изпълняващи ролята на киселина) и двуосновни (изпълняват ролята на алкали). При нормално рН съотношението киселина / база е 1: 4. С увеличаване на броя на водородните йони фосфатна буферна система се свързва с тях, образувайки киселина. Този механизъм е по-кисел, отколкото алкален, така че напълно неутрализира киселинните метаболити, които влизат в кръвообращението, например млечна киселина.

Характеристики на протеинов буфер

Протеиновият буфер не играе такава специална роля в стабилизирането на киселинно-базовия баланс в сравнение с други системи. Той представлява около 7% от общия капацитет на буфера. Протеините се състоят от молекули, които се комбинират в киселинно-алкални съединения. В киселинна среда те действат като алкали, които свързват киселини, в алкална среда всичко се случва обратното.

Това води до формирането на протеинова буферна система, който е достатъчно ефективен при рН от 7.2 до 7.4. Голяма част от протеините се представят от албумини и глобулини. Тъй като протеиновият заряд е нула, при нормално рН той е под формата на алкали и сол. Този капацитет на буфера зависи от количеството протеини, тяхната структура и свободни протони. Този буфер може да неутрализира и кисели и алкални храни. Но неговият капацитет е по-кисел, отколкото алкален.

Характеристики на червените кръвни клетки

Обикновено червените кръвни клетки имат постоянно рН 7,25. Тук действието на хидрокарбонатните и фосфатните буфери. Но те се различават по сила от тези в кръвта. В червените кръвни клетки протеиновият буфер играе специална роля в осигуряването на кислород за органите и тъканите, както и отстраняването на въглеродния диоксид от тях. В допълнение, тя поддържа постоянна стойност вътре в рН на еритроцитите. Протеиновият буфер в еритроцитите е тясно свързан с хидрокарбонатната система, тъй като съотношението на киселина и сол е по-малко, отколкото в кръвта.

Пример за буферна система

Разтворите на силни киселини и алкали, които имат слаби реакции, имат променливо рН. Но сместа от оцетна киселина и нейната сол запазва стабилна стойност. Дори ако добавите киселина или алкална киселина към тях, киселинно-базовото равновесие няма да се промени. Като пример можем да разгледаме ацетатен буфер, който се състои от киселината СН₃COOH и неговите соли₃Главен оперативен директор. Ако добавите силна киселина, основата на солта ще свърже Н + йони и ще се превърне в оцетна киселина. Намаляването на нивото на солевите аниони се компенсира от увеличаването на киселинните молекули. В резултат на това има незначителна промяна в съотношението на киселината и нейната сол, така че рН варира доста незабележимо.

Механизмът на буферните системи

Когато киселинните или алкалните продукти навлизат в кръвта, буферът осигурява постоянно рН, докато продуктите бъдат освободени или използвани в метаболитни процеси. Има четири буфери в човешката кръв, всяка от които се състои от две части: киселина и нейната сол, както и силни алкали.

Ефектът на буфера се дължи на факта, че той свързва и неутрализира йоните, които идват в подходящия състав. Тъй като в природата организмът е най-изложен на недоокислени обменни продукти, свойствата на буфера имат съдържание на анти-киселина по-голямо от това на алкалния метал.

Всяка буферна система има свой собствен принцип на работа. Когато нивото на pH падне под 7.0, започва активната им активност. Те започват да свързват излишъка от излишък от водородни йони, образувайки комплекси, които движат кислорода. Това, от своя страна, се придвижва до храносмилателната система, дробовете, кожата, бъбреците и т.н. Това транспортиране на кисели и алкални продукти улеснява разтоварването и отстраняването им.

При хората само четири буферни системи играят важна роля в поддържането на алкално-киселинното равновесие, но други буфери, такива като ацетат буферна система, която има слаба киселина (донор) и сол (акцептор). Способността на тези механизми да издържат на промените в рН, когато киселината или солта влизат в кръвта, е ограничена. Те поддържат киселинно-базов баланс само когато силна киселина или алкален метал идва в определено количество. Ако бъде превишено, рН ще се промени драстично, буферната система ще престане да функционира.

Ефективност на буферите

Буферите на кръвта и червените кръвни клетки имат различна ефикасност. В последната, тя е по-висока, тъй като има хемоглобинов буфер. Намаляването на броя йони настъпва в посоката от клетката към междуклетъчната среда и след това до кръвта. Това предполага, че най-големият буферен капацитет в кръвта, а по-малкият има вътреклетъчна среда.

При метаболизма в клетките има киселини, които преминават в междуклетъчна течност. Това е по-лесно, толкова повече се появява в клетките, тъй като излишък от водородни йони повишава пропускливостта на клетъчната мембрана. Вече знаем класификация на буферните системи. В еритроцити, те са по-ефективни свойства, тъй като все още играе ролята на колагеновите влакна, които реагират с подуване на натрупването на киселина, те ще абсорбира и освобождава водородните йони от еритроцитите. Това се дължи на неговата абсорбционна собственост.

Взаимодействие на буферите в тялото

Всички механизми, които са в тялото, са взаимосвързани. Кръвните буфери се състоят от няколко системи, чийто принос за поддържането на киселинно-базовия баланс е различен. Когато кръв в светлината получава кислород чрез свързването му с хемоглобин в червените кръвни клетки, за да образуват оксихемоглобин (киселина), която поддържа нивото на рН. С помощта на карбоанхидразата е паралелно пречистване на въглероден диоксид от белите дробове на кръвта, което в еритроцитите е представена като слаба киселина и двуосновен въглена karbaminogemoglobinom и кръв - въглероден диоксид и вода.

Когато количеството на слабата двуосновна въглеродна киселина намалява в еритроцитите, тя прониква от кръвта в еритроцитите и пречиства кръвта от въглероден диоксид. По този начин от клетките до кръвта непрекъснато преминава слаба двуосновна карбонова киселина и от кръвта към еритроцитите, за да се поддържа неутралитет, влизат неактивни хлоридни аниони. В резултат на това в червените кръвни клетки средата е по-киселинна, отколкото в плазмата. Всички буфери система подкрепа съотношението на протонен донор-акцептор (4:20), което е свързано с метаболизма на функции на човешкото тяло, който е по-голям брой кисели продукти от алкален. Много важен е показателят за киселинния буферен капацитет.

Обмен на процеси в тъканите

Киселинно-базовият баланс се поддържа от буфери и метаболитни трансформации в тъканите на тялото. Това се подпомага от биохимични и физични и химични процеси. Те допринасят за загубата на киселинно-базови свойства на метаболитните продукти, тяхното свързване, образуването на нови съединения, които бързо се елиминират от организма. Например, голямо количество млечна киселина се екскретира в гликоген, органичните киселини се неутрализират с натриеви соли. Силни киселини и алкали се разтварят в липидите и органичните киселини се окисляват до образуване на въглеродна киселина.

По този начин, Буферната система е първият асистент при нормализиране на киселинно-базовия баланс в човешкото тяло. РН стабилността е необходима за нормалната работа на биологичните молекули и структури, органи и тъкани. При нормални условия буферните процеси поддържат баланс между появата и отстраняването на водородните йони и въглеродния диоксид, което спомага за осигуряване на постоянно ниво на рН в кръвта.

Ако е налице неизправност в работата на буферните системи, тогава човек развива патологии като алкалоза или ацидоза. Всички буферни системи са взаимосвързани и целят поддържане на стабилно равновесие между киселинно-базисни. В човешкото тяло непрекъснато се образува голям брой кисели продукти, което е еквивалентно на тридесет литра силна киселина.

Константата на реакциите в тялото се осигурява от мощни буфери: фосфат, протеин, хемоглобин и бикарбонат. Има и други буферни системи, но това са основните и най-необходими за жив организъм. Без тяхна помощ човек ще развие различни патологии, които могат да доведат до кома или фатален изход.