Тема 10. Буферные системы, классификация и механизм действия.

Постоянство величин рН биологических жидкостей является основой нормального функционирования организма. Механизм поддержания величин рН жидкостей на определенном уровне реализуется за счет работы внутренних органов (почки, печень, легкие) и физико-химических систем организма (буферные растворы).

Наиболее важными являются буферные системы крови, которые предотвращают изменение рН крови при попадании в нее органических кислот и основных продуктов метаболизма (аммиак, креатин).

Буферные системы можно классифицировать как органические (белковая, гемоглобиновая-оксигемоглобиновая) и неорганические (гидрокарбонатная, фосфатная). Неорганические буферы присутствуют как в плазме, так и в эритроцитах, белковый буфер локализован в плазме, а гемоглобиновый – в эритроцитах.

При проведении клинических исследований, широко применяют буферные растворы с определенным диапазоном значений рН, максимально приближенным к значениям рН биологических жидкостей. Подобное "моделирование" основных жидкостных сред организма позволяет изучать протекание биохимических процессов, рассматривать возможные изменения кислотного баланса при введении лекарственных средств и разрабатывать способы устранения подобных изменений.

Теоретические вопросы.

1. Классификация и основные компоненты буферных растворов.

2. Уравнения Гендерсона-Гассельбаха. Влияние разведения и концентрирование на величину рН буферов.

3. Механизм действия ацетатного и аммонийного буферных систем.

4. Буферная емкость и факторы, которые определяют данную характеристику.

5. Основные буферные системы организма, механизм их действия и расчет рН:

• гидрокарбонатная;

• фосфатная;

• белковая;

• гемоглобиновая-оксигемоглобиновая.

6. Кислотно-основное состояние крови. Резервная щелочность крови.

Решение обучающих задач.

Задача 1.

Фосфатный буферный раствор, моделирующий фосфатную буферную систему крови был приготовлен смешением 100мл 0,1 М раствора Na₂HPO₄ и 50 мл 0,02 М раствора NaH₂PO₄, . Определите рН буферного раствора.

Эталон решения:

1. Для определения рН раствора используем уравнение:

;= 6,8 +lg10^-1 = 5,8

Задача 2.

Определите буферную емкость крови по кислоте если известно, что добавление 20 мл 0,01М раствора соляной кислоты к 100 мл крови вызывал изменение рН образца от 7,35 до 6,55.

Эталон решения:

1. В результате добавления соляной кислоты к образцу крови ее рН изменялось от 7,35 до 6,55. Рассчитаем значение рН

рН = 7,35 – 6,55 = 0,8

2. Для определения буферной емкости крови используем уравнение:

Набор заданий для контроля самоподготовки

Задание 1.

Для проведения биохимических исследований необходимо приготовить буферную систему путем смешивания растворов CH₃COOH и CH₃COONa. Определите тип данного буферного раствора.

1. Кислотный;

2. Основной;

3. Солевой;

4. Амфотерный;

5. Изотонический.

Задание 2.

С целью изучения кинетической активности фермента необходимо задать кислотность реакционной среды рН≈8 и поддерживать ее на постоянном уровне. Определите вещества, которые могут быть для этого использованы.

1. NH₄OH и HCl;

2. NH₄OH и NH₄Cl;

3. NH₄Cl и HCl;

4. NaOH и NH₄Cl;

5. NaOH и HCl.

Задание 3.

При проведении клинических исследований к образцу мочи больного было добавлено небольшое количество соляной кислоты. Однако, это не привело к изменению рН, а вызвало увеличение концентрации одного из неорганических компонентов. Определите данный ион.

1. PO₄^3-;

2. HPO₄^2-;

3. HPO₄^-;

4. H₂PO₄^2-;

5. H₂PO₄^-.

Задание 4.

Для определения влияния различных факторов на кинетическую активность фермента карбоангидразы, необходимо приготовить гидрокарбонатный буфер, который моделирует основную буферную систему крови. Определите компоненты данной системы.

1. H₂CO₃/HCO₃^-;

2. H₂CO₃/CO₃^2-;

3. HCO₃^-/CO₃^2-;

4. H₂CO₃/CO₂;

5. H₂O/CO₂.

Задание 5.

Для определения содержания фосфат-ионов в образце крови было установлено, что рН=7,4. При условии, что , рассчитайте приблизительное соотношение компонентов фосфатного буфера [HPO₄^2-]/[H₂PO^4-].

1. 0,25;

2. 1;

3. 2;

4. 4;

5. 8.

Задание 6.

Для подтверждения буферного действия растворов альбуминов крови, к двум образцам были добавлены небольшие количества неорганической кислоты и щелочи. При этом изменения рН не наблюдалось. Определите свойство белков, которое это обусловливает.

1. Растворимость;

2. Наличие небелкового компонента;

3. Амфотерность;

4. Кислотность;

5. Основность.