Оксигемогло- Угольная Гемоглоби- биновая . Новая

Диссоциацию этих кислот можно записать следующим образом:

HHbO₂ H⁺ + НЬО~; H₂CO₃ :£ H⁺ + HCO₃; HHb^t H⁺ -J- Hb".

Состав гемоглобикового буфера: HHb—слабая кислота; KHb — соль гемоглобиновой кислоты.

Состав оксигемоглобинового буфера: HHbO₂—слабая кис­лота; KHbO₂- соль оксигемоглобиновой кислоты.

Оксигемоглобин, образующийся в легких при взаимодей­ствии гемоглобина с кислородом, переносится артериальной кровью в капиллярные сосуды, откуда кислород попадает в ткани.

В тканях осуществляются следующие сопряженные реак­ции:

HHbO₂ ziHHb + O₈; (1)

HHbO₂ U H⁺ + НЬО;-, (2)

HbO~U Hb- + O₂; (3)

HHb U H⁺ + Hb-; (4)

CO_{2 +} H₂OUH₂CO₃. (5)

На освобождение кислорода из оксигемоглобин а влияет присутствие угольной кислоты. Углекислый газ—конечный продукт метаболизма —выделяется в кровь различными тка­нями. Большая часть молекул CO₂ диффундирует через мем­брану в эритроциты, где они гидратируются и образуют H₂CO₃. Угольная кислота, хотя и очень слабая, сдвигает рав­новесие (2) влево и тем самым стимулирует реакцию (1). Та­ким образом, увеличение концентрации ионов водорода усили­вает отдачу кислорода. Сопряженное основание Hb^- слабой кислоты HHb склонно реагировать с более сильной кислотой H₂CO₃:

Hb- + H₂CO₃ и HHb + HCO₃.

Образующийся гидрокарбонат-ион проходит через мем­брану и уносится током крови. Таков один из механизмов уда­ления избытка CO₂ из тканей.

Когда венозная кровь попадает в легкие, гемоглобин реа­гирует с кислородом с образованием оксигемоглобина:

HHb + O₂U HHbO₂.

Оксигемоглобин, как более сильная кислота, взаимо­действует с гидрокарбонат-ионом с образованием более сла­бой угольной кислоты, которая дегидратируется и удаляется легкими:

HHbO₂ + HCO₃" U HbO₂^- + H₂CO₃;

н₂со₃ин₂о + со₂|.

Гидратация и дегидратация CO₂ in vitro протекает очень медленно. Однако в физиологических условиях эти реакции могут идти с достаточно высокой скоростью, обеспечивающей эффективный транспорт оксида углерода (IV). Эта реакция катализируется в обоих направлениях ферментом карбоан-гидразой.

Кислотно-основное состояние крови. С действием буферных систем организма тесно взаимосвязано понятие о кислотно-основном состоянии крови. Как уже говорилось, значение рН крови колеблется в очень узком интервале (7,35—7,45). Отклонение в сторону ацидоза или алкалоза свидетельству­ет о серьезных нарушениях в организме. Особенно часто про­исходят сдвиги кислотно-основного состояния крови у груд­ных детей, поскольку в младенческом возрасте органы, прини­мающие участие в регуляции рН (легкие, почки), либо недоста­точно совершенны, либо выполняют физиологические функции с предельной нагрузкой. Так, простое голодание быстро вы­зывает развитие ацидоза, а однократная рвота легко приводит к алкалозу. Показатели, характеризующие кислотно-основное состояние в детском возрасте, мало отличаются от таковых у взрослых.

Кислотно-основное состояние организма медики оцени­вают с помощью уравнения Гендерсона—Хассельбалха, вы­веденного для гидрокарбонатного буфера крови:

(11.54)

В данном случае рд=^~г>ГІ—(усредненная величина при T =311 К); рС0₂—давление углекислого газа в крови. Если рН крови равно 7,4, то соотношение между содержанием гид­рокарбонат-ионов в плазме крови и давлением углекислого газа должно быть около 20 : 1. Таким образом, кислотно-ос­новное состояние крови определяется величиной рН, концент­рацией ионов HCO^ и давлением CO₂ в крови.

Поскольку в рггуляции кислотно-основного состояния кро­ви принимают участие почки и легкие, различают метаболиче­ский и респираторный ацидоз и алкалоз.

При нормальной вентиляции легких рСО_г в артериальной крози составляет 4,7—5,3 кПа. Респираторные нарушения кислотно-основного состояния клинически легко определяют­ся, метаболические могут протекать бессимптомно, в таких случаях необходим лабораторный контроль. Для клиники очень важно раннее выявление метаболического нарушения кислотно-основного состояния, для чего в лабораторной прак­тике пользуются методикой Аструп. По этой методике измеря­ется истинное значение рН плазмы и рН плазмы при насыщении ее CO₂- Затем определяется /?С0₂ и SB (стандартный гидро­карбонат). Если давление углекислого газа в крови равно 5,3 кПа при Г== 31IK и 100 %-м насыщении гемоглобина кислородом, то это исключает респираторные нарушения.

Отклонение стандартного гидрокарбоната от нормы (25— 26 ммоль/л) свидетельствует о метаболических сдвигах кислот­но-основного состояния крови. Коррекция метаболического ацидоза или алкалоза — элемент терапии основного заболе­вания.

Буферные свойства аминокислот и белков. Как уже указы­валось, аминокислоты и белки являются амфолитами. Соглас­но теории Бренстеда, в аминокислотах кислотными свойства­ми обладают группы COOH и NH*, так как они являются до­норами протонов, основными свойствами — группы NH₂ и COO^-, поскольку они являются акцепторами протонов.

Значение рН, при котором аминокислота находится в растворе в форме цвиттерионов и когда количества NH⁺-и СОО~-групп равны, называется изоэлектрической точкой (YBl).

Если рН раствора меньше рН_Иэт, то в растворе преобла­дает катионная форма аминокислоты:

H₃N⁺-CH₂-COO- + H⁺U H₃N⁺-CH₂-COOH.

При рН>рН_Иэт аминокислоты находятся в анионной форме:

H₃N⁺-CH₂-COO- + ОН- U H₂N-CH₂-COO- + H₂O.

Из этих уравнений виден механизм буферного действия аминокислот.

Изоэлектрические точки аминокислот связаны с величина­ми констант диссоциации их функциональных групп. Рас­смотрим диссоциацию глицина:

NH⁺CH₂COOH & NHtCH₂COO- + H⁺ 5 NH₂CH₂COO- + H+,

где

К „ [H⁺] [NH₃CH₂COO-] . ₌ [H⁺] [NH₂CH₂COO-I ^ ¹ [NH₃CH₂COOH] ' ² [NH₃CH₂COO-]

Тогда

[H⁺P [NH₂CH₂COO-]

A₁A₂ = + '•

[NH₃CH₃COOH]

В изоэлектрической точке [NH₃CH₂COOH]=[NH₂Ch₂COOI,

позтому

/C₁ZC₂ = [H⁺]?.

После преобразования и логарифмирования обеих частей равенства получим:

[H⁺] = (K₁K^¹²; _РН = рН_иэт = ^Р*^{1 + Р}*², (11.55)

Таким образом, рНиэт является средним арифметическим показателей констант кислотности и основности аминокис­лоты.

В табл. 13 приведены значения изоэлектрических точек двадцати аминокислот, входящих в состав белков.

Таблица 13. Аминокислоты белков

Название	PK1	PK2	PK3	РНИЭТ
Алании	2,35	9,69		6,02
Аргинин	2,17	9,04	12,48	10,76
Аспарагин	2,02	8,8	—	5,41
Аспарагиновая кислота	2,09	9,82	3,86	2,98
Цистеин	1,71	8,9	8,5	5,02
Цистин	2,26	9,85	—	—
Глицин	2,34	9,60	—	5,97
Глутаминовая кислота	2,19	9,67	4,25	3,22
Глутамин	2,17	9,13	—	5,70
Изолейцин	1,82	9,17	6,0	7,59
	2,36	9,68		6,02
Лейцин	2,36	9,60	—	5,98
Лизин	2,18	8,95	10,53	9,74
Метионин	2,28	9,21	—	5,06
Фенилаланин	1,83	9,13	—	5,48
Сернн	2,21	9,15	—	5,68
Треонин	2,09	9,10	—	5,60
Триптофан	2,38	9,39	—	5,88
Тирозин	2,20	9,11	10,07	5,67
Валин	2,32	9,62		5,97

Белки—полимеры аминокислот — являются полиэлек­тролитами. Макромолекула белка содержит значительное ко­личество диссоциирующих кислотных и основных групп с раз­личными величинами р/С.

Каждый белок характеризуется определенным значением РНиэт, при котором он находится в виде многовалентных Цвиттерионов. Положение изоэлектрической точки у разных белков колеблется в широком интервале рН — от сильнокислой До щелочной среды (табл. 14).

Bl

Величина рН_ИЭт белка зависит от преобладания в его мо­лекуле моноаминодикарбоновых или диаминомонокарбоновых кислот: если преобладают первые, ИЭТ находится в кислой области, если вторые—в щелочной. В изоэлектрической со­стоянии растворы белков очень неустойчивы и легко выпадают в осадок.

При рН > рНиэт белок находится в форме многовалент­ных анионов, при рН < рН_Иэт—в форме многовалентных ка­тионов. Поскольку реакция крови сдвинута в щелочную сто­рону от ИЭТ белков плазмы и гемоглобина, эти белки нахо­дятся в крови в виде поливалентных анионов, т. е. заряжены отрицательно.

Буферные свойства белков определяются их амфотер-ной природой. Избыточное количество ионов водорода связы­вается анионами карбоксильных групп, а избыточное коли­чество гидроксид-ионов — катионами NH+ в малодиссоции-рованную воду,