50.Буферные растворы, основные характеристики. Требования, предъявляемые к буферным растворам в биологических исследованиях. Буферные свойства белков и аминокислот, уравнение Гендерсона-Хассельбаха.

Буферные растворы — растворы, сохраняющие неизменными значения рН при разбавлении или добавлении небольшого количества сильной кислоты или основания.

Протолитические буферные растворы представляют смеси электролитов, содержащие одноимённые ионы.

Способность растворов поддерживать постоянное значение pH небезгранична. Буферные смеси можно различить по силе оказываемого ими сопротивления по отношению к действию кислот и оснований, вводимых в буферный раствор.Количество кислоты или щелочи, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы значение его pH изменилось на единицу, называют буферной емкостью. Таким образом, буферная емкость является количественной мерой буферного действия раствора. Буферная емкость зависит от состава буферного раствора, концентрации и соотношения компонентов.

В =

В – буферная ёмкость,

n_Э–количество моль-эквивалента сильной кислоты или щелочи,

рН_Н –начальное значение рН ( до добавления кислоты или щелочи)

рН_К–конечное значение рН (после добавления кислоты или щелочи)

ΔрН – изменение рН.

На практике буферная ёмкость рассчитывается по формуле:

В =

V – объём кислоты или щелочи,

N – эквивалентная концентрация кислоты или щелочи,

V_буф.-объём буферного раствора,

Δ рН –изменение рН.

Область буферирования - интервал pH, в котором буферная система способна поддерживать постоянное значение pH. Обычно он равен pK_a±1.

Буферы, применяемые для биологических исследований, должны удовлетворять ряду требований:

1. Обладать достаточной буферной емкостью в требуемом диапазоне значений рН.

2. Обладать высокой степенью чистоты.

3. Хорошо растворяться в воде и не проникать через биологические мембраны.

4. Обладать устойчивостью к действию ферментов и гидролизу.

5. рН буферных растворов должен как можно меньше зависеть от их концентрации, температуры и ионного или солевого состава среды.

6. Не оказывать токсического или ингибирующего действия.

7. Комплексы буфера с катионами должны быть растворимыми.

8. Не поглощать свет в видимой или ультрафиолетовой областях спектра.

К сожалению, этим требованиям удовлетворяют далеко не все буферные растворы. Так, фосфаты обладают способностью осаждать поливалентные катионы и во многих системах выступают в качестве метаболитов или ингибиторов; трис-буфер иногда оказывает токсическое или ингибирующее действие.

Растворы белков обладают буферными свойствами за счет их амфотерности. Проявляются в связывании не только протонов, но и других заряженных частиц. Основная масса поступающих в кровоток веществ (красители, жирные кислоты, липиды, водорастворимые наркотики, релаксанты) связывается с белками, проявляя конкурентные отношения. Естественно, при этом уменьшается буферная емкость белков в отношении протонов, и высокая концентрация последних затрудняет освобождение и ослабляет действие веществ, образующих положительные заряды. Аминокислоты благодаря аминогруппе могут реагировать не только как слабые кислоты, но и как основания, то есть сами проявлять буферные свойства, присоединяя или отдавая ион водорода.

Изоионная точка – значение pH, при котром число отрицательных зарядов, образующихся на молекуле в результате отщепления протонов, равно числу положительных зарядов, образующихся благодаря присоединению протонов.

Изоэлектрическая точка (pI) — кислотность среды (pH), при которой определённая молекула или поверхность не несёт электрического заряда.

Цвиттерион – незаряженная форма молекулы, которая преобладает в изоионной точке.

Уравнение буферной системы рассчитывается по формуле Гендерсона-Хассельбаха и показывает степень ионизации аминокислот в водных растворах:

рН = рК + ℓg, pOH = pK + ℓg,

где рК = -ℓgК_Д.

С – молярная или эквивалентная концентрация электролита (C = V*N)