что такое буферность в биологии

Буферные системы организма животных и человека (физиологическая роль, первичные и вторичные буферные системы)

Следует добавить, что мощной буферной системой организма человека является гемоглобиногенная система буфера крови, доля которой составляет около 75% всей буферной емкости крови. Гемоглобиногенная кислотно-основная система состоит из неионизированного гемоглобина ННb (донор протонов, слабая органическая кислота) и калиевая соль гемоглобина КНb (основная соль, акцептор протонов). Важно то, что гемоглобиногенные основные буферные системы организма человека и животных могут взаимодействовать с гидрокарбонатной системой, которая является главным щелочным резервом крови. В капиллярах тканей взаимодействие гемоглобина с кислотой способствует сохранению гидрокарбонатов, то есть щелочных резервов (КНb + Н2СО3 → КНСО3 + ННb). В легких гемоглобин вытесняет из гидрокарбонатов Н2СО3, что сопровождается уменьшением щелочных резервов 2ННb + К2СО3 → Н2СО3 + 2КНb.

Именно так обеспечивается сохранение рН крови в пределах физиологически допустимых величин – от 7,2 до 7,4 условных единиц. Плазменная гидрокарбонатная буферная система живых организмов (H2CO3 / HCO3-) эффективно функционирует при рН приблизительно равному 7,4. При рН крови 7,4 соотношение концентрации H2CO3 и HCO3- приблизительно равно 20:1. При поступлении в кровь кислых продуктов метаболизма ионы Н+ взаимодействуют с гидрокарбонатом, образуется избыток угольной кислоты, которая распадается. Углекислота переходит в газовую форму в легких и выводится из организма. Это приводит возвращения соотношение H2CO3 / HCO3 к норме, а следовательно, и к восстановлению рН 7,4. Когда рН плазмы крови повышается, ионы ОН взаимодействуют с угольной кислотой, которая переходит в гидрокарбонат-ион HCO3-. Это вызывает растворения в плазме или сыворотке крови дополнительного количества углекислоты, которая содержится в газовом пространстве легких. Концентрация H2CO3 в плазме возрастает до нормального соотношения.

Фосфатная буферная система организма живых существ состоит из сопряженной кислотно-основной пары H2PO4- и HPO2-4. Эта пара имеет рН 6,86, поэтому фосфатная буферная система живых организмов служит буфером в пределах рН 6,1-7,7. Важную роль фосфатные буферные системы организма животных и человека играют в поддержании постоянства рН внутриклеточной жидкости, находящейся в пределах рН от 6,9 до 7,4 условных единиц. Буферные системы живых организмов составляют первую линию защиты организма от изменения рН. Дополнительные потенции обеспечивает деятельность почек и легких, которые выводят из организма СО2, щелочные и кислые продукты метаболизма. Так, при снижении рН дыхание стимулируется, что приводит к выведению из организма избытка СО2, и, наоборот, при повышении рН частота дыхания снижается для уменьшения выведения СО2 легкими.

В клинической практике определяют показатели кислотно-щелочного равновесия:

Литература

Полезно знать

© VetConsult+, 2015. Все права защищены. Использование любых материалов, размещённых на сайте, разрешается при условии ссылки на ресурс. При копировании либо частичном использовании материалов со страниц сайта обязательно размещать прямую открытую для поисковых систем гиперссылку, расположенную в подзаголовке или в первом абзаце статьи.

Источник

Что такое буферность в биологии

Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов выработались разнообразные анатомические, физиологические и поведенческие приспособления, служащие одной цели – сохранению постоянства внутренней среды. Это относительное динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) и устойчивость основных физиологических функций организма человека и животных называется гомеостазом.

Этот процесс осуществляется преимущественно деятельностью лёгких и почек за счёт дыхательной и выделительной функции. В основе гомеостаза лежит сохранение кислотно-основного баланса. Для нормальной жизнедеятельности большинства клеток необходимы достаточно узкие пределы рН (6,9 – 7,8), и организм вынужден постоянно осуществлять нейтрализацию образующихся кислот. Этот процесс выполняют буферные системы, которые связывают избыток ионов водорода и контролируют их дальнейшие перемещения в организме. Буферные системы играют очень важную роль, т.к. в результате различных метаболических процессов в организме постоянно образуются различные кислоты, которые сразу же нейтрализуются буферными системами: гидрокарбонатной, фосфатной, белковой и гемоглобиновой.

Главной буферной системой организма является гидрокарбонатный буфер, состоящий из Н2СО3 и NaHCО3. При рН около 7,4 в организме преобладает гидрокарбонат-ион, и его концентрация может в 20 раз превышать концентрацию угольной кислоты. По своей природе угольная кислота очень нестойкая и сразу же после образования расщепляется на углекислый газ и воду. Реакции образования и последующего быстрого расщепления угольной кислоты в организме настолько совершенны, что им часто не придают особого значения. Эти реакции катализируется ферментом карбоангидразой, который находится в эритроцитах и в почках. Особенность гидрокарбонатной буферной системы состоит в том, что она открыта. Избыток ионов водорода связывается с гидрокарбонат-ионом, образующийся при этом углекислый газ стимулирует дыхательный центр, вентиляция лёгких повышается, а излишки углекислого газа удаляются при дыхании. Так в организме поддерживается баланс рН. Чем больше в клетках образуется ионов водорода, тем больше расход буфера. На этом этапе метаболизма подключаются почки, которые выводят избыток ионов водорода, и количество гидрокарбоната в организме восстанавливается.

Фосфатный буфер может действовать как в составе органических молекул, так и в качестве свободных ионов. Одна его молекула способна связывать до трёх катионов водорода. Белки могут присоединять к своей полипептидной цепочке как кислотные, так и основные группы.

Буферная ёмкость белковой буферной системы может охватывать широкий диапазон рН. В зависимости от имеющейся величины рН она может связывать как гидроксильные группы, так и ионы водорода. Третья часть буферной ёмкости крови приходится на гемоглобин. Каждая молекула гемоглобина может нейтрализовать несколько ионов водорода. Когда кислород переходит из гемоглобина в ткани, способность гемоглобина связывать ионы водорода возрастает и наоборот: когда в лёгких происходит оксигенация гемоглобина, он теряет присоединённые ионы водорода. Освободившиеся ионы водорода реагируют с гидрокарбонатом, и в результате образуется углекислый газ и вода. Образовавшийся углекислый газ удаляется из лёгких при дыхании.

Буферные свойства гемоглобина обусловлены соотношением восстановленного гемоглобина (ННb) и его калиевой соли (КНb). В слабощелочных растворах, каким является кровь, гемоглобин и оксигемоглобин имеют свойства кислот и являются донорами Н+ или К+. Эта система может функционировать самостоятельно, но в организме она тесно связана с гидрокарбонатной. Когда кровь находится в тканевых капиллярах, откуда поступают кислые продукты, гемоглобин выполняет функции основания: КНb + Н2СО3 ↔ ННb + КНСО3. В легких гемоглобин, напротив, ведет себя, как кислота, предотвращая защелачивание крови после выделения углекислоты.

Таким образом, механизм регуляции кислотно-основного равновесия крови в целостном организме заключается в совместном действии внешнего дыхания, кровообращения, выделения и буферных систем.

Источник

Буферность

Смотреть что такое «Буферность» в других словарях:

буферность — В химии океана — процесс, благодаря которому углеродный цикл в морской воде поддерживает отношение ионов Н+ к ионам ОН близким к единице, или нейтральный водородный показатель рН. [http://www.oceanographers.ru/index.php?option=com glossary… … Справочник технического переводчика

Буферность — * буфернасць * buffering устойчивость системы к изменениям, вызываемым внешними факторами … Генетика. Энциклопедический словарь

буферность — buferingumas statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Atsparumas išorinių veiksnių sukeliamiems pakitimams. atitikmenys: angl. buffering rus. буферность … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

буферность — б уферность, и … Русский орфографический словарь

Буферность почвы — (от англ. buff смягчать толчки), способность почвы сохранять реакцию среды (pH) при действии кислот и щелочей. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989. Буферность почвы … Экологический словарь

Буферность почвы — совокупность свойств почвы, определяющих ее барьерную функцию, обуславливающую уровни вторичного загрязнения химическими веществами контактирующих с почвой сред: растительности, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха. Основными… … Официальная терминология

буферность почвы — Способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора в кислую или щелочную сторону. [ГОСТ 20432 83] буферность почвы Способность почвы противостоять изменению ее свойств при воздействии различных факторов [ГОСТ 27593 88] Тематики … Справочник технического переводчика

БУФЕРНОСТЬ БИОСФЕРЫ — способность биосферы противостоять (нейтрализовать) антропогенным загрязнениям и др. вредным воздействиям. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

БУФЕРНОСТЬ ПОПУЛЯЦИИ — способность популяции предотвращать потери, возникающие в случае, когда среда становится неблагоприятной. Термин предложил Р. Уиттекер (1970). Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И … Экологический словарь

Источник

Буферность и кислотность

1. Буферность — свойство клетки поддерживать определенный уровень концентрации ионов водорода (pH).

2. В клетке сохраняется слабощелочная реакция — 7,2.

3. Буферным называют такой раствор, в котором содержится смесь какой-либо слабой кислоты и ее растворимой соли.

4. Механизм поддержания кислотности таков — когда в клетке увеличивается кислотность, анионы, источником которых служит соль, соединяются с ионами водорода и устраняют их из раствора. Если же кислотность снижается, ионы водорода высвобождаются.

Кислотность в клетке

1. В процессе жизнедеятельности в клетке возникают разнообразные соединения, в том числе кислоты и щелочи. Значения pH ниже 7 указывают на кислый раствор, значения выше делают раствор щелочным.

2. Шкала кислотности включает значения от 0 до 14. Эта шкала логарифмическая — изменения pH на одну единицу соответствует изменению концентрации ионов водорода в 10 раз.

3. Важно запомнить, что буферные свойства цитоплазмы зависят от концентрации анионов слабых кислот. При большом количестве анионов они легко могут удалить протоны водорода и понизить кислотность в клетке.

Фосфатная буферная система

2. Главная роль фосфатной буферной системы состоит в том, что она поддерживает кислотно-щелочной баланс в просвете канальцев почки, а также внутриклеточной жидкости.

3. Фосфатов вообще больше внутри клетки, чем вне ее. Эта буферная система имеет мало отношения к внеклеточной жидкости.

Бикарбонатная буферная система

Содержание химических соединений в клетке

1. На первом месте по массе в процентах на сырую массу стоит вода — 75–85 процентов.

2. Далее идут белки — 10–20 процентов, жиры — 1–5 процентов, углеводы — 0,2–2 процента.

3. При потере части воды организмы могут утрачивать признаки жизни — такое состояние называется анабиозом. При улучшении условий они могут снова стать активными. Гибель организмов происходит при потере значительной части воды.

Источник

Лекция № 1. Введение. Химические элементы клетки. Вода и другие неорганические соединения

Введение

Биология — наука о жизни. Важнейшая задача биологии — изучение многообразия, строения, жизнедеятельности, индивидуального развития и эволюции живых организмов, их взаимоотношений со средой обитания.

Живые организмы имеют ряд особенностей, отличающих их от неживой природы. По отдельности каждое из отличий достаточно условно, поэтому их следует рассматривать в комплексе.

Признаки, отличающие живую материю от неживой:

Уровни организации живой материи:

Многообразие жизни

Первыми на нашей планете появились безъядерные клетки. Большинством ученых принимается, что ядерные организмы появились в результате симбиоза древних архебактерий с синезелеными водорослями и бактериями-окислителями (теория симбиогенеза).

Цитология

Цитология — наука о клетке. Изучает строение и функции клеток одноклеточных и многоклеточных организмов. Клетка является элементарной единицей строения, функционирования, роста и развития всех живых существ. Поэтому процессы и закономерности, характерные для цитологии, лежат в основе процессов, изучаемых многими другими науками (анатомия, генетика, эмбриология, биохимия и др.).

Химические элементы клетки

Химический элемент — определенный вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. В клетках обнаружено около 80 химических элементов. Их можно разделить на четыре группы:
1 группа — углерод, водород, кислород, азот (98% от содержимого клетки),
2 группа — калий, натрий, кальций, магний, сера, фосфор, хлор, железо (1,9%),
3 группа — цинк, медь, фтор, йод, кобальт, молибден и др. (меньше 0,01%),
4 группа — золото, уран, радий и др. (меньше 0,00001%).

Элементы первой и второй групп в большинстве пособий называют макроэлементами, элементы третьей группы — микроэлементами, элементы четвертой группы — ультрамикроэлементами. Для макро- и микроэлементов выяснены процессы и функции, в которых они участвуют. Для большинства ультрамикроэлементов биологическая роль не выявлена.

Атомы химических элементов в живых организмах образуют неорганические (вода, соли) и органические соединения (белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы). На атомном уровне различий между живой и неживой материей нет, различия появятся на следующих, более высоких, уровнях организации живой материи.

Вода — самое распространенное неорганическое соединение. Содержание воды составляет от 10% (зубная эмаль) до 90% массы клетки (развивающийся эмбрион). Без воды жизнь невозможна, биологическое значение воды определяется ее химическими и физическими свойствами.

Молекула воды имеет угловую форму: атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, часть, где находится кислород, — отрицательно, в связи с этим молекула воды является диполем. Между диполями воды образуются водородные связи. Физические свойства воды: прозрачна, максимальная плотность — при 4 °С, высокая теплоемкость, практически не сжимается; чистая вода плохо проводит тепло и электричество, замерзает при 0 °С, кипит при 100 °С и т.д. Химические свойства воды: хороший растворитель, образует гидраты, вступает в реакции гидролитического разложения, взаимодействует со многими оксидами и т.д. По отношению к способности растворяться в воде различают: гидрофильные вещества — хорошо растворимые, гидрофобные вещества — практически нерастворимые в воде.

Биологическое значение воды:

Купить проверочные работы
по биологии

Другие неорганические соединения клетки

В твердом нерастворенном состоянии находятся в костной ткани, в раковинах моллюсков карбонаты и фосфаты кальция и магния, в зубной эмали — фторид кальция и т.д.

Перейти к лекции №2 «Строение и функции углеводов и липидов»

Смотреть оглавление (лекции №1-25)

Источник