2 курс / Биохимия / Книжки и сборники / Biokhimia_dlya_chaynikov

Помимо кислоты коэффициент реакции Кь можно вычислить для основания (base) (обратите внимание на b в нижнем индексе). Слабое основание, напри- мер аммиак, может входить в следующее уравнение.

NH3 + H20?z±0H~ + NHJ.

Константа равновесия для него вычисляется по такой формуле.

[OH-fCHll

‘[СН,]

Общее выражения вычисления Кь принимает следующий вид.

[ОН-ЦСА]

ь[СВ]

Как и Ка,коэффициент Къ изменяется только вследствие изменения концен- траций сопряженных кислоты и основания.

Коэффициент Карассчитывается для каждой кислоты; ему соответствует ко- эффициент Кьсопряженного основания. Коэффициенты Ка и Къ сопряженной пары кислота-основание связаны между собой — их можно выразить через

общий коэффициент Kw — константу ионизации воды.

*А = ^= 1>о - ю-14.

Наряду с этим для описания их взаимосвязи можно применять более корот-

кую формулу.

РКа+ рКь= 14.

(Вам ведь нравится математика? В биохимии проводится немногим больше математических расчетов, чем в органической химии, но, конечно же, не так много, как в общей химии, так что держитесь!)

Коэффициент Кь основания, сопряженного с уксусной кислотой, непосред- ственно связан со следующим равновесным уравнением.

СН3СОСГ + Н2О^ОН~ + СН3СООН.

При этом коэффициент Ка ионов аммония, сопряженных с аммиачной кис-

лотой, связан с таким уравнением.

NH; + <=> H+ + NH3.

Кислота должна быть способна отдавать больше, чем один ион водорода.

Важным примером такой кислоты в биологии является фосфорная кислота

(Н3Р04), представляющая собой трипротонную кислоту (отдает сразу три

44 ЧАСТЬ 1 Основы основ: базовые понятия

Окончание табл. 2.2

Кислота или основание?

Некоторые вещества не в состоянии определиться с собственной ориента- цией — они реагируют и как кислота, и как основание. Химики называют та-

кие вещества амфотерными или амфипротными. Например, как кислота и основание реагируют бикарбонат-ионы (НС03).

НСОз <=Ш+ + СОз2_;

НСО-3 + Н20<=±0НГ + Н2С03.

Важные с точки зрения биохимии молекулы также часто демонстрируют амфотерное поведение. Аминокислоты включают сразу обе группы — щелоч-

ную аминовую (-NH2) 8 кислотную карбоксильную (-СООН). Именно поэ- тому они могут действовать и как щелочь, и как кислота. Например, глицин

(H2N-CH2-COOH) демонстрирует следующие реакции.

H2 N-CH2-COOH <=± Н+ + H2 N-CH2-COO" ;

H2N-CH2-COOH + H2O^OH~ + +H3 N-CH2-COOH.

Фактически аминокислоты подвергаются переносу протона от карбоксиль- ного конца к аминовому, формируя в целом нейтральное вещество с положи- тельным и отрицательным концами. Подобные вещества называются цвит- тер-ионы (не путать с твиттерионами — людьми, которые твитят до тех пора,

пока не перестают слушаться большие пальцы рук).

H2 N-CH2-COOH <=> + H3 N-CH2-COO“

сизбыточными кислотами, так и с основаниями. В общем случае

вкачестве таких буферных систем применяются амфотерные веще-

ства или смеси слабых кислот и слабых оснований. В человеческом

организме они представлены отдельными белками в плазме крови и бикарбонатной буферной системой.

Бикарбонатная буферная система является главной внеклеточной буфер-

ной системой. Она непосредственно участвует в выводе углекислого газа из организма. Растворение углекислого газа в водных системах основано на сле- дующем уравнении.

С02 + Н20^=Ш2С03<=> Н+ + НС03

На то, что оно описывает буферную систему, указывает присутствие сопря- женной пары кислота-основание (Н2С03 и НС03). Соотношение сопряженных кислоты и основания составляет примерно 20 к 1 при pH крови равном 7,4. Буферная система связывается со следующим равновесным состоянием (отво- да углекислого газа из легких).

С02 ( кровь)^=± С02 (легкие)

Основная внутриклеточная буферная система основана на второй иониза- ции фосфорной кислоты, Ка2. Уровень pH такой сопряженной пары кисло- та-основание (Н2РО' и НРО4-) равен 7,21 при равных концентрациях обоих веществ.

Расчет буферной системы

Чтобы определить pH, нужно рассчитать коэффициент Ка или Къ, как это

делалось ранее или с помощью уравнения Гендерсона-Хассельбаха, которое заметно короче.

Уравнение Гендерсона-Хассельбаха имеет сразу две формы записи. pH.рк.+ t,0gL[СВ_]i

И

рОН = рKb + logм[ ]

СВ

Используемые в них обозначения полностью совпадают с определенными ранее в этой главе. Предположим, что требуется вычислить pH буфера, состо-

ящего из 0,15 молей пировиноградной кислоты и 0,25 молей пирувата натрия.

Обратившись к табл. 2.2, можно определить Ка пировиноградной кислоты:

3,2 • 10"3.