Содержание
2.3.1. Неорганические вещества клетки.
Химические
элементы клетки образуют различные
соединения — неорганические и
органические. К неорганическим
веществам клетки относятся вода,
минеральные соли, кислоты и др., а к
органическим — белки, нуклеиновые
кислоты, углеводы, липиды, АТФ, витамины
и др. (рис. 2.4).
Вода
(Н20)
— наиболее распространенное неорганическое
вещество клетки, обладающее уникальными
физико-химическими свойствами. У нее
нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха. Плотность
и вязкость всех веществ оценивается по
воде. Как и многие другие вещества, вода
может находиться в трех агрегатных
состояниях: твердом (лед), жидком и
газообразном (пар). Температура плавления
воды — 0°С, температура кипения —
100 °С, однако растворение в воде других
веществ может изменять эти характеристики.
Теплоемкость воды также достаточно
велика — 4200 кДж/моль.К,
что дает ей возможность принимать
участие в процессах терморегуляции. В
молекуле воды атомы водорода расположены
под углом 105°, при этом общие электронные
пары оттягиваются более электроотрицательным
атомом кислорода. Это обусловливает
дипольные свойства молекул воды (один
их конец заряжен положительно, а другой
— отрицательно) и возможность образования
между молекулами воды водородных связей
(рис. 2.5). Сцепление молекул воды лежит
в основе явления поверхностного
натяжения, капиллярности и свойств
воды как универсального растворителя.
Вследствие этого все вещества делятся
на растворимые
в воде (гидрофильные) и нерастворимые
в ней (гидрофобные). Благодаря этим
уникальным свойствам предопределено
то, что вода стала основой жизни на
Земле.
Среднее
содержание воды в клетках организма
неодинаково и может изменяться с
возрастом. Так, у полуторамесячного
эмбриона человека содержание воды в
клетках достигает 97,5%, у восьмимесячного
— 83 %, у новорожденного снижается до 74
%, а у взрослого человека составляет
в среднем 66 %. Однако клетки организма
различаются содержанием воды. Так, в
костях содержится около 20% воды, в печени
— 70%, а в мозге — 86%. В целом можно сказать,
что концентрация
воды в клетках прямо пропорциональна
интенсивности обмена веществ.
Минеральные
соли могут находиться в растворенном
или нерастворенном состояниях.
Растворимые соли
диссоциируют на ионы — катионы и анионы.
Наиболее важными катионами являются
ионы калия и натрия, облегчающие перенос
веществ через мембрану и участвующие
в возникновении и проведении нервного
импульса; а также ионы кальция, который
принимает участие в процессах сокращения
мышечных волокон и свертывании крови;
магния, входящего в состав хлорофилла;
железа, входящего в состав ряда белков,
в том числе гемоглобина. Важнейшими
анионами являются фосфат-анион, входящий
в состав АТФ и нуклеиновых кислот, и
остаток угольной кислоты, смягчающий
колебания рН среды. Ионы минеральных
солей обеспечивают и проникновение
самой воды в клетку, и ее удержание в
ней. Если в среде концентрация солей
ниже, чем в клетке, то вода проникает в
клетку. Также ионы определяют буферные
свойства цитоплазмы, т. е. ее способность
поддерживать постоянство слабощелочной
рН цитоплазмы, несмотря на постоянное
образование в клетке кислотных и щелочных
продуктов.
Нерастворимые
соли
(СаС03,
Са3(Р04)2
и др.) входят в состав костей, зубов,
раковин и панцирей одноклеточных и
многоклеточных животных.
Кроме
того, в организмах могут вырабатываться
и другие неорганические соединения,
например кислоты и оксиды. Так,
обкладочные клетки желудка человека
вырабатывают соляную кислоту, которая
активирует пищеварительный фермент
пепсин, а оксид кремния пропитывает
клеточные стенки хвощей и образует
панцири диатомовых водорослей. В
последние годы исследуется также
роль оксида азота (II) в передаче сигналов
в клетках и организме.
7.Неорганические вещества клетки.
Роль воды и минеральных солей.
Вода. Из неорганических веществ,
входящих в состав клетки, важнейшим
является вода. Количество ее составляет
от 60 до 95% общей массы клетки. Вода играет
важнейшую роль в жизни клеток и живых
организмов в целом. Помимо того что она
входит в их состав, для многих организмов
это еще и среда обитания.
Вода как компонент биологических систем
выполняет следующие важнейшие функции:
Вода—универсальный растворитель
для полярных веществ, например солей,
Сахаров, спиртов, кислот и др. Вещества,
хорошо растворимые в воде, называются
гидрофильными. Когда вещество переходит
в раствор, его молекулы или ионы получают
возможность двигаться более свободно;
соответственно возрастает реакционная
способность вещества. Именно по этой
причине большая часть химических реакций
в клетке протекает в водных растворах.
Ее молекулы участвуют во многих химических
реакциях, например при образовании или
гидролизе полимеров. В процессе
фотосинтеза вода является донором
электронов, источником ионов водорода
и свободного кислорода.
Неполярные вещества вода не растворяет
и не смешивается с ними, поскольку не
может образовывать с ними водородные
связи. Нерастворимые в воде вещества
называются гидрофобными. Гидрофобные
молекулы или их части отталкиваются
водой, а в ее присутствии притягиваются
друг к другу. Такие взаимодействия
играют важную роль в обеспечении
стабильности мембран, а также многих
белковых молекул, нуклеиновых кислот
и ряда субклеточных структур.
Вода обладает высокой удельной
теплоемкостью. Для разрыва водородных
связей, удерживающих молекулы воды,
требуется поглотить большое количество
энергии. Это свойство обеспечивает
поддержание теплового баланса организма
при значительных перепадах температуры
в окружающей среде. Кроме того, вода
отличается высокой теплопроводностью,
что позволяет организму поддерживать
одинаковую температуру во всем его
объеме.
Вода характеризуется высокой теплотой
парообразования, т. е. способностью
молекул уносить с собой значительное
количество тепла при одновременном
охлаждении организма. Благодаря этому
свойству воды, проявляющемуся при
потоотделении у млекопитающих, тепловой
одышке у крокодилов и других животных,
транспирации у растений, предотвращается
их перегрев.
Для воды характерно исключительно
высокое поверхностное натяжение.
Это свойство имеет очень важное значение
для адсорбционных процессов, для
передвижения растворов по тканям
(кровообращение, восходящий и нисходящий
токи в растениях). Многим мелким организмам
поверхностное натяжение позволяет
удерживаться на воде или скользить по
ее поверхности.
Вода обеспечивает передвижение веществ
в клетке и организме, поглощение веществ
и выведение продуктов метаболизма.
У растений вода определяет тургор
клеток, а у некоторых животных выполняет
опорные функции, являясь гидростатическим
скелетом (круглые и кольчатые черви,
иглокожие).
Вода — составная часть смазывающих
жидкостей (синовиальной — в суставах
позвоночных, плевральной — в плевральной
полости, перикардиальной — в околосердечной
сумке) и слизей (облегчают передвижение
веществ по кишечнику, создают влажную
среду на слизистых оболочках дыхательных
путей). Она входит в состав слюны, желчи,
слез, спермы и др.
Минеральные соли. Неорганические
вещества в клетке, кроме воды, представлены
минеральными солями. Молекулы солей в
водном растворе распадаются на катионы
и анионы. Наибольшее значение имеют
катионы (К+, Na+, Са2+, Mg:+, Nh5+) и анионы (С1 ,
Н2Р04 -, НР042- , НС03 -, NO32—, SO4 2- ) Существенным
является не только содержание, но и
соотношение ионов в клетке.
Разность между количеством катионов и
анионов на поверхности и внутри клетки
обеспечивает возникновение потенциала
действия, что лежит в основе возникновения
нервного и мышечного возбуждения.
Разностью концентрации ионов по разные
стороны мембраны обусловлен активный
перенос веществ через мембрану, а также
преобразование энергии.
Анионы фосфорной кислоты создают
фосфатную буферную систему, поддерживающую
рН внутриклеточной среды организма на
уровне 6,9.
Угольная кислота и ее анионы формируют
бикарбонатную буферную систему,
поддерживающую рН внеклеточной среды
(плазма крови) на уровне 7,4.
Некоторые ионы участвуют в активации
ферментов, создании осмотического
давления в клетке, в процессах мышечного
сокращения, свертывании крови и др.
Ряд катионов и анионов необходим
дпясинтеза важных органических веществ
(например, фосфолипидов, АТФ, нуклеоти-дов,
гемоглобина, гемоцианина, хлорофилла
и др.), а также аминокислот, являясь
источниками атомов азота и серы.
Неорганические материалы для фотокаталитической дезинфекции воды
Dieqing
Чжан, и
Гуйшэн
Ли и
а также
Джимми С.
Ю* а
Принадлежности автора
*
Соответствующие авторы
и
Программа факультета химии и наук об окружающей среде, Китайский университет Гонконга, Шатин, Новые территории, Гонконг, Китай
Электронная почта:
jimyu@cuhk. edu.hk.
Факс: (+852)2603-5057
Тел.: (+852)2609-6268
Аннотация
Традиционные методы дезинфекции воды, такие как хлорирование и озонирование, неизбежно образуют вредные побочные продукты дезинфекции (ППД). УФ-облучение является безопасной альтернативой, но оно очень энергоемко. Имеет смысл повысить эффективность использования фотонов путем интеграции инженерных фотокаталитических наноструктур в систему лечения. Активные в ультрафиолетовом свете фотокаталитические неорганические наноматериалы, такие как диоксид титана, способны инактивировать различные бактерии и вирусы. Они работают, генерируя мощные, но короткоживущие радикалы на основе кислорода при облучении. В отличие от обычных химических дезинфицирующих средств, противомикробные наноматериалы не расходуются в процессе. Фотокаталитическая дезинфекция воды — это экологичная технология, поскольку одни и те же материалы можно использовать многократно. В этой статье рассматривается недавний прогресс в производстве неорганических наноматериалов для фотокаталитической дезинфекции воды. Внедрены различные системы обеззараживания воды с использованием ультрафиолетового и даже видимого света. Обсуждаются их преимущества и ограничения, а также антимикробные механизмы.
- Эта статья является частью тематического сборника:
Передовые материалы в водоподготовке
5.6: Неорганические соединения, необходимые для жизнедеятельности человека
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 34408
Цели обучения
- Сравнение неорганических и органических соединений
- Определите свойства воды, которые делают ее необходимой для жизни
- Объясните роль солей в функционировании организма
- Различать кислоты и основания и объяснять их роль в рН
- Обсудите роль буферов в поддержании гомеостаза рН организма
Понятия, которые вы уже изучили в этой главе, управляют всеми формами материи и могут служить основой как для геологии, так и для биологии. Этот раздел главы сужает фокус до химии человеческой жизни; то есть соединения, важные для структуры и функций организма. Как правило, эти соединения являются либо неорганическими, либо органическими.
- Неорганическое соединение представляет собой вещество, которое не содержит ни углерода, ни водорода. Многие неорганические соединения содержат атомы водорода, такие как вода (H 2 O) и соляная кислота (HCl), вырабатываемая желудком. Напротив, только несколько неорганических соединений содержат атомы углерода. Углекислый газ (CO 2 ) является одним из немногих примеров.
- Таким образом, органическое соединение представляет собой вещество, содержащее как углерод, так и водород. Органические соединения синтезируются посредством ковалентных связей в живых организмах, в том числе в организме человека. Вспомните, что углерод и водород являются вторым и третьим по распространенности элементами в вашем теле. Вскоре вы обнаружите, как эти два элемента сочетаются в продуктах, которые вы едите, в соединениях, составляющих структуру вашего тела, и в химических веществах, питающих ваше функционирование.
В следующем разделе рассматриваются три группы неорганических соединений, необходимых для жизни: вода, соли, кислоты и основания. Органические соединения рассматриваются далее в этой главе.
Вода
До 70 процентов массы тела взрослого человека составляет вода. Эта вода содержится как внутри клеток, так и между клетками, из которых состоят ткани и органы. Несколько ее функций делают воду незаменимой для жизнедеятельности человека.
Вода в качестве смазки и прокладки
Вода является основным компонентом многих смазочных жидкостей организма. Подобно тому, как масло смазывает дверные петли, вода в синовиальной жидкости смазывает движения суставов тела, а вода в плевральной жидкости помогает легким расширяться и сжиматься при дыхании. Водянистые жидкости способствуют прохождению пищи по пищеварительному тракту и обеспечивают движение соседних органов брюшной полости без трения.
Вода также защищает клетки и органы от физических травм, например, амортизирует мозг внутри черепа и защищает нежную нервную ткань глаз. Вода смягчает развивающийся плод и в утробе матери.
Вода как поглотитель тепла
Поглотитель тепла — это вещество или объект, который поглощает и рассеивает тепло, но не подвергается соответствующему повышению температуры. В организме вода поглощает тепло, выделяемое химическими реакциями, без значительного повышения температуры. Более того, когда температура окружающей среды резко возрастает, вода, хранящаяся в организме, помогает охлаждать тело. Этот охлаждающий эффект возникает, когда теплая кровь из ядра тела течет к кровеносным сосудам прямо под кожей и переносится в окружающую среду. В то же время потовые железы выделяют теплую воду вместе с потом. Когда вода испаряется в воздух, она уносит тепло, а затем более холодная кровь с периферии циркулирует обратно к ядру тела.
Вода как компонент жидких смесей
Смесь представляет собой комбинацию двух или более веществ, каждое из которых сохраняет свою химическую идентичность. Другими словами, составляющие вещества не связаны химически в новое, более крупное химическое соединение. Эту концепцию легко представить, если подумать о порошкообразных веществах, таких как мука и сахар; когда вы перемешиваете их вместе в миске, они, очевидно, не связываются, образуя новое соединение. Комнатный воздух, которым вы дышите, представляет собой смесь газов, состоящую из трех отдельных элементов — азота, кислорода и аргона — и одного соединения — двуокиси углерода. Существует три типа жидких смесей, все из которых содержат воду в качестве ключевого компонента. Это растворы, коллоиды и суспензии.
Чтобы клетки тела выжили, их необходимо поддерживать во влажном состоянии в жидкости на водной основе, называемой раствором. В химии жидкий раствор состоит из растворителя, который растворяет вещество, называемое растворенным веществом. Важной характеристикой растворов является их однородность; то есть молекулы растворенного вещества равномерно распределены по всему раствору. Если бы вы размешали чайную ложку сахара в стакане воды, сахар растворился бы в молекулах сахара, разделенных молекулами воды. Отношение сахара к воде в левой части стакана будет таким же, как отношение сахара к воде в правой части стакана. Если бы вы добавили больше сахара, соотношение сахара и воды изменилось бы, но распределение — при условии, что вы хорошо перемешали — все равно было бы равномерным.
Вода считается «универсальным растворителем», и считается, что жизнь не может существовать без воды из-за этого. Вода, безусловно, самый распространенный растворитель в организме; практически все химические реакции в организме происходят между соединениями, растворенными в воде. Поскольку молекулы воды полярны, с областями положительного и отрицательного электрического заряда, вода легко растворяет ионные соединения и полярные ковалентные соединения. Такие соединения называются гидрофильными или «водолюбивыми». Как было сказано выше, сахар хорошо растворяется в воде. Это связано с тем, что молекулы сахара содержат области полярных водородно-кислородных связей, что делает его гидрофильным. Неполярные молекулы, плохо растворяющиеся в воде, называются гидрофобными или «водобоязненными».
Концентрации растворенных веществ
Различные смеси растворенных веществ и воды описаны в химии. Концентрация данного растворенного вещества — это количество частиц этого растворенного вещества в данном пространстве (кислород составляет около 21 процента атмосферного воздуха). В кровотоке человека концентрация глюкозы обычно измеряется в миллиграммах (мг) на децилитр (дл), а у здорового взрослого человека она составляет в среднем около 100 мг/дл. Другой метод измерения концентрации растворенного вещества — его молярность, то есть количество молей (М) молекул на литр (л). Моль элемента — это его атомный вес, а моль соединения — это сумма атомных весов его компонентов, называемая молекулярной массой. Часто используемый пример — расчет моля глюкозы с химической формулой C 6 Н 12 О 6 . Используя периодическую таблицу, атомный вес углерода (С) составляет 12,011 грамма (г), а в глюкозе шесть атомов углерода, что дает общий атомный вес 72,066 г. Делая те же расчеты для водорода (H) и кислорода (O), молекулярная масса равна 180,156 г («молекулярная масса грамма» глюкозы). При добавлении воды для получения одного литра раствора получается один моль (1М) глюкозы. Это особенно полезно в химии из-за связи молей с «числом Авогадро». В моле любого раствора содержится одинаковое количество частиц: 6,02 × 10 23 . Многие вещества в кровотоке и других тканях тела измеряются тысячными долями моля или миллимолями (мМ).
Коллоид представляет собой смесь, напоминающую тяжелый раствор. Частицы растворенного вещества состоят из крошечных сгустков молекул, достаточно больших, чтобы сделать жидкую смесь непрозрачной (поскольку частицы достаточно велики, чтобы рассеивать свет). Знакомыми примерами коллоидов являются молоко и сливки. В щитовидной железе гормон щитовидной железы хранится в виде густой белковой смеси, также называемой коллоидом.
Суспензия представляет собой жидкую смесь, в которой более тяжелое вещество временно взвешено в жидкости, но со временем оседает. Такое отделение частиц от суспензии называется седиментацией. Пример оседания происходит в анализе крови, который устанавливает скорость оседания или скорость седации. Тест измеряет, как быстро эритроциты в пробирке оседают из водянистой части крови (известной как плазма) в течение установленного периода времени. Быстрое осаждение клеток крови обычно не происходит в здоровом организме, но аспекты некоторых заболеваний могут вызывать слипание клеток крови, и эти тяжелые скопления клеток крови оседают на дно пробирки быстрее, чем нормальные клетки крови.
Роль воды в химических реакциях
Два типа химических реакций связаны с образованием или потреблением воды: дегидратация, синтез и гидролиз.
- В синтезе дегидратации один реагент отдает атом водорода, а другой реагент отдает гидроксильную группу (ОН) при синтезе нового продукта. При образовании их ковалентной связи в качестве побочного продукта выделяется молекула воды (рис. 1). Это также иногда называют реакцией конденсации.
- При гидролизе молекула воды разрушает соединение, разрывая его связи. Вода сама расщепляется на Н и ОН. Затем одна часть разорванного соединения связывается с атомом водорода, а другая часть связывается с гидроксильной группой.
Эти реакции являются обратимыми и играют важную роль в химии органических соединений (о чем мы поговорим позже).
Рисунок 1. Синтез дегидратации и гидролиз. Мономеры, основные единицы для построения более крупных молекул, образуют полимеры (два или более химически связанных мономера). (а) При дегидратационном синтезе два мономера ковалентно связываются в результате реакции, в которой один отдает гидроксильную группу, а другой — атом водорода. Молекула воды высвобождается как побочный продукт при реакциях дегидратации. (б) При гидролизе ковалентная связь между двумя мономерами расщепляется за счет присоединения атома водорода к одному и гидроксильной группы к другому, что требует вклада одной молекулы воды.
Соли
Напомним, что соли образуются, когда ионы образуют ионные связи. В этих реакциях один атом отдает один или несколько электронов и, таким образом, становится положительно заряженным, тогда как другой принимает один или несколько электронов и становится отрицательно заряженным. Теперь вы можете определить соль как вещество, которое при растворении в воде диссоциирует на ионы, отличные от H + или OH – . Этот факт важен для отличия солей от кислот и оснований, о чем пойдет речь далее.
Типичная соль NaCl полностью диссоциирует в воде (рис. 2). Положительные и отрицательные участки молекулы воды (концы водорода и кислорода соответственно) притягивают отрицательные ионы хлорида и положительные ионы натрия, отталкивая их друг от друга. Опять же, в то время как неполярные и полярные ковалентно связанные соединения распадаются на молекулы в растворе, соли диссоциируют на ионы. Эти ионы являются электролитами; они способны проводить электрический ток в растворе. Это свойство имеет решающее значение для функции ионов в передаче нервных импульсов и стимулировании сокращения мышц.
Рисунок 2. Диссоциация хлорида натрия в воде. Обратите внимание, что кристаллы хлорида натрия диссоциируют не на молекулы NaCl, а на катионы Na + и анионы Cl – , каждый из которых полностью окружен молекулами воды.
Многие другие соли важны для организма. Например, соли желчных кислот, вырабатываемые печенью, помогают расщеплять пищевые жиры, а соли фосфата кальция образуют минеральную часть зубов и костей.
Кислоты и основания
Кислоты и основания, как и соли, диссоциируют в воде на электролиты. Кислоты и основания могут очень сильно изменять свойства растворов, в которых они растворены.
Кислоты
Кислота представляет собой вещество, которое высвобождает ионы водорода (H + ) в растворе (рис. 3а). Поскольку атом водорода имеет только один протон и один электрон, положительно заряженный ион водорода — это просто протон. Этот уединенный протон с большой долей вероятности может участвовать в химических реакциях. Сильные кислоты представляют собой соединения, которые выделяют все свои H + в раствор; то есть они полностью ионизируются. Соляная кислота (HCl), которая высвобождается клетками слизистой оболочки желудка, является сильной кислотой, потому что она высвобождает весь свой H9.0003 + в водянистой среде желудка. Эта сильная кислота способствует пищеварению и убивает проглоченные микробы. Слабые кислоты полностью не ионизируются; то есть некоторые из их водородных ионов остаются связанными внутри соединения в растворе. Примером слабой кислоты является уксус или уксусная кислота; его называют ацетатом после того, как он отдает протон.
Рисунок 3. Кислоты и основания. а) В водном растворе кислота диссоциирует на ионы водорода (Н + ) и анионы. Почти каждая молекула сильной кислоты диссоциирует, образуя высокую концентрацию H + . (б) В водном растворе основание диссоциирует на гидроксильные ионы (ОН – ) и катионы. Почти каждая молекула сильного основания диссоциирует, образуя высокую концентрацию ОН – .
Основания
Основание представляет собой вещество, которое высвобождает гидроксильные ионы (OH – ) в растворе или принимает H + , уже присутствующие в растворе (см. рис. 3b). Ионы гидроксила или другое основание объединяются с присутствующими H + , образуя молекулу воды, тем самым удаляя H + и снижение кислотности раствора. Сильные основания высвобождают большую часть или все свои гидроксильные ионы; слабые основания выделяют только некоторые гидроксильные ионы или поглощают только несколько H + . Пища, смешанная с соляной кислотой из желудка, сожгла бы тонкую кишку, следующую за желудком часть пищеварительного тракта, если бы не выделение бикарбоната (HCO 3 – ), слабого основания, притягивающего H + . Бикарбонат принимает некоторые из H + протонов, тем самым снижая кислотность раствора.
Понятие pH
Относительная кислотность или щелочность раствора может быть обозначена его pH. pH раствора — это отрицательный логарифм по основанию 10 концентрации ионов водорода (H + ) в растворе. Например, раствор с pH 4 имеет концентрацию H + , которая в десять раз больше, чем у раствора с pH 5. То есть раствор с pH 4 в десять раз более кислый, чем раствор с pH 5. Понятие pH станет более понятным, когда вы изучите шкалу pH, как показано на рисунке 4. Шкала состоит из ряда приращений от 0 до 14. Раствор с рН 7 считается нейтральным — ни кислым, ни щелочным. Чистая вода имеет рН 7. Чем меньше число ниже 7, тем более кислый раствор или тем выше концентрация Н + . Концентрация ионов водорода при каждом значении рН в 10 раз отличается от следующего значения рН. Например, значение рН 4 соответствует концентрации протонов 10 -4 М, или 0,0001 М, а значение рН 5 соответствует концентрации протонов 10 -5 М, или 0,00001 М. Чем выше число выше 7, тем более основным (щелочным) является раствор, или тем ниже концентрация H + . Человеческая моча, например, в десять раз более кислая, чем чистая вода, а HCl в 10 000 000 раз более кислая, чем вода.
Рисунок 4. Шкала pH
Буферы
pH крови человека обычно колеблется от 7,35 до 7,45, хотя обычно он определяется как pH 7,4. При этом слегка щелочном pH кровь может снизить кислотность, возникающую из-за того, что углекислый газ (CO 2 ) постоянно выделяется в кровоток триллионами клеток тела. Гомеостатические механизмы (наряду с выдыханием CO 2 при дыхании) обычно удерживают pH крови в этом узком диапазоне. Это очень важно, потому что колебания — слишком кислые или слишком щелочные — могут привести к опасным для жизни расстройствам.
Все клетки организма зависят от гомеостатической регуляции кислотно-щелочного баланса при рН примерно 7,4. Таким образом, в организме есть несколько механизмов для этой регуляции, включая дыхание, выделение химических веществ с мочой и внутреннее высвобождение химических веществ, которые в совокупности называются буферами, в жидкости организма. Буфер представляет собой раствор слабой кислоты и сопряженного с ней основания. Буфер может нейтрализовать небольшое количество кислот или оснований в жидкостях организма. Например, если есть даже незначительное снижение рН жидкости организма ниже 7,35, буфер в жидкости — в данном случае действующий как слабое основание — будет связывать избыток ионов водорода. Напротив, если pH поднимается выше 7,45, буфер будет действовать как слабая кислота и вносить ионы водорода.
Попробуйте
Повышенная кислотность крови и других биологических жидкостей называется ацидозом. Распространенными причинами ацидоза являются ситуации и расстройства, которые снижают эффективность дыхания, особенно способность человека к полному выдоху, что вызывает накопление CO 2 (и H + ) в кровотоке. Ацидоз также может быть вызван метаболическими проблемами, которые снижают уровень или функцию буферов, действующих как основания, или которые способствуют выработке кислот. Например, при тяжелой диарее организм может терять слишком много бикарбоната, что приводит к накоплению кислот в жидкостях организма. У людей с плохо управляемым диабетом (неэффективное регулирование уровня сахара в крови) кислоты, называемые кетонами, вырабатываются в качестве топлива для тела. Они могут накапливаться в крови, вызывая серьезное состояние, называемое диабетическим кетоацидозом. Почечная недостаточность, печеночная недостаточность, сердечная недостаточность, рак и другие заболевания также могут вызывать метаболический ацидоз.
Напротив, алкалоз представляет собой состояние, при котором кровь и другие жидкости организма имеют слишком щелочную реакцию (щелочную реакцию). Как и в случае с ацидозом, респираторные расстройства являются основной причиной; однако при респираторном алкалозе уровень углекислого газа падает слишком низко. Заболевания легких, передозировка аспирина, шок и обычное беспокойство могут вызвать респираторный алкалоз, который снижает нормальную концентрацию H + .