Белковая (протеиновая) буферная система состоит из «белка-основания» и «белка-соли»:

752.50K

Categories: biology

biology

chemistry

Буферные системы. Классификация буферных растворов

1. Буферные системы

26.11.16

2.

Н H PO H PO
2
4
сопряженно е
основание
3
сопряженна я
кислота
сопряженна я
кислотно основная
пара
26.11.16
4

Буферный раствор – это раствор,
содержащий сопряженную кислотноосновную пару (буферную систему),
способную поддерживать практически
постоянное значение рН при
разбавлении или при добавлении
небольших количеств кислоты или
щелочи.
26.11.16

4.

Классификация буферных растворов:
1. слабая кислота и ее соль - кислотная
буферная система
(СН3СООН+СН3СООNa, H2CO3+KHCO3)
2. слабое основание и его соль - основная
буферная система
(NH4OH+NH4Cl)
26.11.16

5.

3. кислая и средняя соли или две кислых
соли - относят к кислотным буферным
системам (более кислая соль
выполняет функцию слабой кислоты)
(Na2HPO4+NaH2PO4)
4. растворы амфолитов (аминокислот,
белков) проявляют буферное
действие, при добавлении некоторого
количества кислоты или щелочи.
26.11.16

6.

R–СН–СОО–
NH3+
белок-соль
+ Н+
R–СН–СООН
NH3+
белок-кислота
относят к кислотным буферным системам
26.11.16

7.

R–СН–СОО–
NH3+
белок-соль
+ ОН–
R–СН–СОО–
NH2
белок-основание
относят к основным буферным системам
26.11.16

8.

Расчет рН буферных растворов
производят по уравнению
Гендерсона-Гассельбаха
26.11.16

9.

для кислотных буферных растворов:
[соли ]
рН рK a lg
[к ты]
Ссоли Vсоли
рН рK a lg
Ск ты Vк ты
26.11.16

10.

где рК а – показатель константы
диссоциации кислоты рК а lg K a ,
[соли] и [кислоты] – молярные
равновесные концентрации соли и
кислоты соответственно,
Ссоли, Скислоты, Vсоли, Vкислоты – концентрации и
объемы соли и кислоты, взятых для
приготовления БР
26.11.16

11.

для основных буферных растворов:
[соли ]
рН 14 рK b lg
[осн]
Ссоли Vсоли
рН 14 рK b lg
Сосн Vосн
26.11.16

12.

где рК b – показатель константы
диссоциации кислоты рК b lg K b ,
[соли] и [осн] – молярные равновесные
концентрации соли и основания
соответственно,
Ссоли, Сосн, Vсоли, Vосн – концентрации и
объемы соли и основания, взятых для
приготовления БР
26.11.16

13.

Буферные растворы, состоящие из
двух солей, одна из которых (более
кислая) выполняет роль
сопряженной кислоты, относят к
кислотным буферным растворам, рН
рассчитывают по формуле для
кислотных буферных растворов.
26.11.16

14.

При разбавлении буферных
растворов концентрации всех
компонентов уменьшаются, но
их соотношение остается прежним,
поэтому согласно формулам
Гендерсона-Гассельбаха рН
растворов не меняется.
26.11.16

15.

[CH 3COONa ]
4 моль / л
рН рK a lg
4,76 lg
4,76
[CH 3COOH ]
4 моль / л
[CH 3COONa ]
2 моль / л
рН рK a lg
4,76 lg
4,76
[CH 3COOH ]
2 моль / л
26.11.16

16.

Расчет рН при добавлении кислоты HAn:
• в кислотной буферной системе:
Ссоли Vсоли СHAn VHAn
рН рK a lg
Cк ты Vк ты СHAn VHAn
• в основной буферной системе:
Ссоли Vсоли СHAn VHAn
рН 14 рK b lg
Сосн Vосн СHAn VHAn
26.11.16

17.

Расчет рН при добавлении щелочи:
• в кислотной буферной системе:
Ссоли Vсоли СЩ VЩ
рН рK a lg
Cк ты Vк ты СЩ VЩ
• в основной буферной системе:
Ссоли Vсоли СЩ VЩ
рН 14 рK b lg
Сосн Vосн СЩ VЩ
26.11.16

18.

При добавлении небольшого
количества кислоты, выделившиеся
ионы водорода связываются
сопряженным основанием буферной
системы, при добавлении небольшого
количества щелочи, выделившиеся
гидроксид-ионы связываются
сопряженной кислотой буферной
системы.
26.11.16

19.

при добавлении небольшого
количества соляной кислоты к
ацетатному буферному раствору ионы
водорода связываются ацетат-ионами,
образовавшимися в результате
диссоциации ацетата натрия:
СH3COONa = CH3COO– + Na+
CH3COO– + H+ = CH3COOH
26.11.16

20.

концентрация ацетата натрия
уменьшается, а концентрация уксусной
кислоты увеличивается, соотношение
концентраций компонентов
[соли ] изменяется, но для того чтобы
[кислоты]
рН раствора изменился на единицу,
соотношение компонентов должно
изменится в 10 раз.
26.11.16

21.

Число моль-эквивалентов сильной
кислоты или щелочи, которое нужно
добавить к 1 литру буферного
раствора, чтобы изменить величину
рН на единицу, называется
буферной емкостью.
Различают буферную емкость по
кислоте и буферную емкость по
щелочи :
26.11.16

22.

Cн (кислоты) V (кислоты)
Bа
рН V (б. р.)
Cн (щелочи ) V (щелочи )
Bb
рН V (б. р.)
26.11.16

23.

CН(кислоты) и CН(щелочи) – эквивалентные
концентрации кислоты и щелочи
соответственно;
V(кислоты) и V(щелочи) – объемы добавленных
кислоты и щелочи соответственно;
V(б.р.) – объем буферного раствора;
|ΔрН| - изменение значения рН, вызванное
добавлением кислоты или щелочи.
26.11.16

24.

Буферная емкость зависит от:
• концентраций компонентов
• соотношения концентраций
компонентов
Максимального значения буферная
емкость достигает при равенстве
концентраций компонентов буферной
системы.
26.11.16

25.

Кислотно-основный гомеостаз в
организме обеспечивается несколькими
буферными системами.
1. Гидрокарбонатная (бикарбонатная,
водородкарбонатная) буферная
система состоит из угольной кислоты
(раствора СО2 в воде) и НСО3–.
26.11.16

26.

устанавливается равновесие:
атмосфера СО2 ( г )
воздушное пространство легких
3
СО2 ( p )
Н 2СО3 Н НСО
Н 2О
плазма крови
26.11.16

27.

Уравнение Гендерсона-Гассельбаха
[ НСО3 ]
рН рK a lg
[ Н 2СО3 ]
или
рН=6,36+lg[НСО3–] – lg р(СО2),
где р(СО2) – парциальное давление СО2
в альвеолах легких,
6,36 – рКа угольной кислоты с поправкой
на константу Генри.
26.11.16

28.

- основная буферная система плазмы
крови, обеспечивает 55 % от всей
буферной емкости крови. Содержится в
эритроцитах, межклеточной жидкости и в
почечной ткани. Главное назначение - в
нейтрализации кислот, при этом нарушение
соотношения компонентов
восстанавливается в течение нескольких
часов за счет изменения объема легочной
вентиляции.
26.11.16

29.

Гидрофосфатная буферная система
в клетках представлена К2HPO4 и
KH2PO4, а в плазме крови и в
межклеточной жидкости Na2HPO4 и
NaH2PO4.
2
4
4
[ НPО ]
рН рK a lg
[ Н 2 PО ]
26.11.16

30.

Буферная емкость по кислоте
больше, чем по основанию.
Избыточные компоненты
гидрофосфатной буферной системы
выводятся почками, при этом полное
восстановление соотношения
происходит только через 2-3 суток.
26.11.16

31.

Гемоглобиновая буферная система
содержится в эритроцитах,
представляет собой две
сопряженные кислотно-основные
пары: гемоглобин HHb и его анион
Hb- и оксигемоглобин HHbO2 и его
анион HbO2- .
26.11.16

32.

Механизм действия этой системы
основан на реакциях:
HHb ↔ H+ + Hb–
H+ + HbO2– ↔ HHbO2 ↔ HHb + O2
26.11.16

33.

играет значительную роль в
процессах дыхания, транспорта
кислорода в ткани и поддержании
постоянства рН внутри эритроцитов, а
также в крови. Эффективно
взаимодействует только в сочетании с
другими буферными системами
организма.
26.11.16

34. Белковая (протеиновая) буферная система состоит из «белка-основания» и «белка-соли»:

R–СН–СОО–
NH3+
белок-соль
+ ОН–
R–СН–СОО–
NH2
белок-основание
При физиологическом значении рН
мощность белковой буферной системы
незначительна.
26.11.16

35.

Все буферные системы в организме
взаимосвязаны и для всех них
буферная емкость по кислоте
больше, чем по основанию. Это
связано с особенностями
метаболизма человеческого
организма, образующего больше
кислотных продуктов, чем основных.
26.11.16

36.

Важным показателем для
физиологических сред является
кислотная буферная ёмкость. При
различных заболеваниях, отравлениях,
голодании и т. п. могут наблюдаться
изменения буферной ёмкости по кислоте
по сравнению с нормой, т. е.
патологические явления: ацидоз и
алкалоз.
26.11.16