Бу­фер­ные сис­те­мы Прин­цип ра­бо­ты бу­фер­ных сис­тем

Бу­фер­ные сис­те­мы — это та­кие хи­ми­че­ские сис­те­мы, pH ко­то­рых не изменяет­ся (точ­нее, ма­ло из­ме­ня­ет­ся) при до­бав­ле­нии не­ко­то­ро­го ко­ли­че­ст­ва ки­слот ли­бо ос­но­ва­ний.

Ком­по­нен­та­ми бу­фер­ных сис­тем яв­ля­ют­ся лю­бые ве­ще­ст­ва, спо­соб­ные сравни­тель­но проч­но, но об­ра­ти­мо свя­зы­вать про­то­ны.

В боль­шин­ст­ве слу­ча­ев бу­фер­ны­ми ве­ще­ст­ва­ми яв­ля­ют­ся анио­ны сла­бых кислот, то есть пло­хо дис­со­ции­рую­щих ки­слот, в ко­то­рых про­то­ны свя­за­ны проч­но, хо­тя и об­ра­ти­мо. Бу­фер­ные сис­те­мы, как пра­ви­ло, со­сто­ят из сла­бой ки­сло­ты и ее со­ли с силь­ным ос­но­ва­ни­ем (то есть ее анио­на в со­ста­ве лег­ко дис­со­ции­рую­ще­го ве­ще­ст­ва):

• при до­бав­ле­нии к та­кой сис­те­ме ки­сло­ты ани­он со­ли свя­зы­ва­ет про­то­ны;

• при до­бав­ле­нии к та­кой сис­те­ме ос­но­ва­ния ки­сло­та вы­сво­бо­ж­да­ет прото­ны.

Ко­ли­че­ст­вен­но бу­фер­ная сис­те­ма ха­рак­те­ри­зу­ет­ся бу­фер­ной ем­ко­стью. Этот по­ка­за­тель от­ра­жа­ет, ка­кое ко­ли­че­ст­во ки­сло­ты или ще­ло­чи на­до добавить к бу­фер­ной сис­те­ме, что­бы pH рас­тво­ра из­ме­нил­ся на 1.

pH бу­фер­ной сис­те­мы оп­ре­де­ля­ет­ся со­от­но­ше­ни­ем бу­фер­ных ком­по­нен­тов (ки­сло­ты и со­ли). Ес­ли это со­от­но­ше­ние не ме­ня­ет­ся (на­при­мер, оба компонен­та воз­рас­та­ют в оди­на­ко­вой сте­пе­ни), то не ме­ня­ет­ся и pH буферной сис­те­мы.

Бу­фер­ные сис­те­мы ор­га­низ­ма

В ор­га­низ­ме су­ще­ст­ву­ют че­ты­ре бу­фер­ные сис­те­мы:

• би­кар­бо­нат­ный бу­фер;

• фос­фат­ный бу­фер;

• бел­ко­вый бу­фер;

• ге­мо­гло­би­но­вый бу­фер (яв­ляю­щий­ся, ра­зу­ме­ет­ся, ча­стью бел­ко­во­го буфе­ра, но вы­де­ляе­мый от­дель­но в свя­зи с осо­бой ло­ка­ли­за­ци­ей — внут­ри эрит­ро­ци­тов — и осо­бой функ­ци­ей).

Би­кар­бо­нат­ный бу­фер

Этот бу­фер об­ра­зо­ван уголь­ной ки­сло­той и ее на­трие­вой со­лью (Na⁺ — глав­ный вне­кле­точ­ный ка­ти­он), то есть би­кар­бо­на­том на­трия: H₂CO₃ + NaHCO₃.

• При до­бав­ле­нии к би­кар­бо­нат­но­му бу­фе­ру ки­сло­ты про­то­ны свя­зы­ва­ют­ся с би­кар­бо­на­том:

в ре­зуль­та­те вме­сто силь­ной ки­сло­ты об­ра­зу­ет­ся сла­бая (пло­хо диссоциирую­щая) уголь­ная ки­сло­та, и pH ме­ня­ет­ся ма­ло.

• При до­бав­ле­нии к би­кар­бо­нат­но­му бу­фе­ру ос­но­ва­ния про­то­ны высвобожда­ют­ся уголь­ной ки­сло­той и ней­тра­ли­зу­ют гид­ро­ксил:

в ре­зуль­та­те вме­сто ос­но­ва­ния об­ра­зу­ет­ся соль, и pH так­же ме­ня­ет­ся ма­ло.

Би­кар­бо­нат­ный бу­фер — не са­мый мощ­ный бу­фер ор­га­низ­ма, по бу­фер­ной ем­ко­сти он су­ще­ст­вен­но ус­ту­па­ет, в ча­ст­но­сти, ге­мо­гло­би­но­во­му. Од­на­ко он иг­ра­ет са­мую боль­шую фи­зио­ло­ги­че­скую роль в свя­зи со сле­дую­щи­ми момен­та­ми:

• это глав­ный бу­фер плаз­мы (фос­фат­ный, бел­ко­вый и ге­мо­гло­би­но­вый — это пре­иму­ще­ст­вен­но внут­ри­кле­точ­ные бу­фе­ры, а фос­фат­ный бу­фер — еще и важ­ный бу­фер мо­чи);

• со­дер­жа­ние обо­их его ком­по­нен­тов — уголь­ной ки­сло­ты и бикарбоната — не­по­сред­ст­вен­но ре­гу­ли­ру­ет­ся сис­те­ма­ми вы­де­ле­ния: поч­ки вы­во­дят би­кар­бо­нат, а лег­кие — уг­ле­кис­лый газ, об­ра­зую­щий­ся при рас­па­де уголь­ной ки­сло­ты.