Буферные системы организма и пищевые кислоты

Содержание кислот в физиологических жидкостях и в биологических системах влияет на функционирование клеток, органов и организма в целом.

Одно из важнейших значений – это кислотность желудочного сока. Она характеризуется двумя показателями:

а) концентрацией свободной соляной кислоты;

б) концентрацией связанной соляной кислоты в виде хлороводородных солей белков и некоторых других азотсодержащих соединений.

Содержание свободной соляной кислоты должно составлять 20-40ммоль/л. Повышение содержания соляной кислоты приводит к язвам желудка; наблюдается повышенная кислотность при гастрите, заболеваниях нервной системы. Пониженная кислотность имеет место при острых инфекционных заболеваниях, хроническом гастрите, раке желудка.

Повышает кислотность аскорбиновая кислота, лимонная кислота, специальные препараты, содержащие HCl. Эффективно понижает кислотность сок подорожника, отвар подорожника.

Протолитический баланс

Одним из важнейших факторов гомеостаза живых организмов является поддержание кислотно-щелочного, т.е. протолитического баланса на должном уровне. В результате жизнедеятельности в организме помимо HCl образуется большое количество других кислот. Больше всего при метаболизме возникает углекислоты (до 13 моль ежесуточно), которая в основном выводится из организма при дыхании (СО₂). Достаточно задержки 0,15 моль СО₂, чтобы вызвать серьезные нарушения в организме.

Помимо угольной кислоты в организме образуются нелетучие кислоты (серная, фосфорная, молочная и др.) в количестве 0,03-0,08моль в сутки. При вегетарианском питании кислот образуется меньше, при белково-животном – больше. Большинство биожидкостей организма способны сохранять значение pH при незначительных внешних воздействиях, так как они являются буферными растворами. Основными буферными системами организма являются гидрокарбонатная, гемоглобиновая и белковая, гидрофосфатная.

Гидрокарбонатная буферная система

^СО₂ + H₂O СО₂ H₂O Н₂СО₃ H⁺ + НСО₃^-

Если в кровь поступает кислота и увеличивается концентрация Н⁺, то он взаимодействует с НСО₃^-, равновесие смещается в сторону Н₂СО₃, что приводит к выделению газообразного СО₂ в процессе дыхания. Напротив, при поступлении основания, оно связывается Н₂СО₃ и приводит к увеличению НСО₃^-.

Главное значение гидрокарбонатного буфера – быстрое реагирование на изменение кислотности. Равновесие восстанавливается за 10-15 минут.

Гидрокарбонатный буфер – это основа плазмы крови, он поддерживает протолитеческий баланс в межклеточной жидкости и почках.

Гидрофосфатная буферная система

В клетках: K₂HPO₄ + H₂O KH₂PO₄ + KOH

Работа фосфатной буферной системы описывается уравнением:

^pH = 6,8 + lg HPO₄^2- / H₂PO₄^-

Нормальное отношение HPO₄^2- / H₂PO₄^- = 4:1. Это отношение изменяется в большую сторону при переработке мясной пищи, но быстро приходит в равновесие. Н₂РО₄^- выводится почками. При употреблении растительной пищи увеличивается концентрация ОН^- , они нейтрализуются Н₂РО₄^- и равновесие сдвигается в сторону НРО₄^2-. Т.е. в зависимости от перерабатываемой пищи pH мочи меняется в интервале от 4,8 до 7,5.

Буферная фосфатная система восстанавливается медленнее (2-3 суток). Баланс мясной и растительной пищи позволяет сохранять фосфатный баланс и облегчать работу почек.

Гемоглобиновая буферная система

Это сложная буферная система эритроцитов. Доноры кислот: ННв (гемоглобин) и ННвО₂ (оксигемоглобин). Акцепторы протона: Нв^- и НвО₂^-. Эта система играет важнейшую роль в дыхании, транспорте О₂, поддержании pH в эритроцитах.

Белковые (протеиновые) буферные системы зависят от кислотно-основных свойств белка и характеризуются соотношением:

бетаин + Н⁺ H₃N⁺ CH(R) COOH

^{бетаин +} OН^- H₂N CH(R) COO^-