bg‑lime

Kwasy i zasady w organizmie człowieka

Skąd w organizmie człowieka pojawiają się związki o charakterze kwasowym i zasadowym? W organizmie nieustannie przebiegają reakcje biochemiczne, które dostarczają kwasów. Są to np. kwas mlekowy, który powstaje w wyniku reakcji glikolizyglikolizaglikolizy beztlenowej, i kwas moczowy, będący produktem końcowym metabolizmu puryn.

Soki trawienne również zawierają kwasy i zasady. Warto wymienić sok żołądkowy, zawierający kwas solny (HCl), oraz zasadowy, bogaty w wodorowęglany sok trzustkowy. Źródłem kwasów i zasad w naszym organizmie jest również pokarm.

Zawartość kwasów i zasad ciągle się zmienia, jednak do prawidłowego przebiegu reakcji metabolicznych potrzebne jest stałe pHpHpH krwi. Zapewniają je układy buforowe krwi, do których należą przede wszystkim:

  • bufor wodorowęglanowy;

  • bufor fosforanowy;

  • bufor białkowy.

Układy buforowe działają przez neutralizację kwasów i zasad, które dostały się do organizmu wraz z pokarmem (kwasy i zasady egzogenne) lub powstały w wyniku reakcji metabolicznych w organizmie (kwasy i zasady endogenne). Obniżenie pH poniżej 7,35 nazywane jest kwasicąkwasicakwasicą, a przekroczenie wartości 7,45 – zasadowicązasadowicazasadowicą.

Bufor wodorowęglanowy

Jest to najważniejszy bufor w organizmie człowieka, w którym rolę kwasu pełni kwas węglowy (HIndeks dolny 2COIndeks dolny 3), a rolę zasady anion wodorowęglanowy (HCOIndeks dolny 3Indeks górny −).

Kwas węglowy jest w stanie neutralizować mocne zasady (wyrażone jako OHIndeks górny −):

HIndeks dolny 2COIndeks dolny 3 + OHIndeks górny − ⇌ HCOIndeks dolny 3Indeks górny − + H2O

W wyniku reakcji kwasu węglowego z zasadą powstaje jon wodorowęglanowy oraz cząsteczka wody. Mocna zasada zostaje zastąpiona zasadą słabą, czyli HCOIndeks dolny 3Indeks górny −.

Anion wodorowęglanowy reaguje z mocnymi kwasami i je neutralizuje. Pełni więc rolę protonobiorcy. W poniższej reakcji mocny kwas zostaje zastąpiony przez słaby kwas węglowy, wyrażony jako HCOIndeks dolny 3Indeks górny −.

HCOIndeks dolny 3Indeks górny − + HIndeks dolny 3OIndeks górny + ⇌ HCOIndeks dolny 3Indeks górny −+ HIndeks dolny 2O

R17nw2cxNjcsD
Wzór strukturalny kwasu węglowego.
Źródło: Benjah-bmm27, Wikimedia Commons, domena publiczna.
Bufor fosforanowy

W buforze fosforanowym rolę protonobiorcy pełni anion wodoroortofosforanowy HPOIndeks dolny 4Indeks górny −. Jest on zdolny do neutralizowania kwasów. W wyniku poniższej reakcji mocny kwas zostaje zastąpiony słabym kwasem, czyli HIndeks dolny 2POIndeks dolny 4Indeks górny −.

HPOIndeks dolny 4Indeks górny − + HIndeks dolny 3OIndeks górny + ⇌  HIndeks dolny 2POIndeks dolny 4Indeks górny − + HIndeks dolny 2O

Z kolei rolę protonodawcy w tym buforze pełni anion HIndeks dolny 2POIndeks dolny 4Indeks górny −. Jest on zdolny do neutralizowania zasad, co przedstawia poniższa reakcja. W miejsce mocnej zasady wyrażonej jako OHIndeks górny − powstaje słaba zasada, czyli HPOIndeks dolny 4Indeks górny −.

HIndeks dolny 2POIndeks dolny 4Indeks górny − + OH- ⇌ HPOIndeks dolny 4Indeks górny − + HIndeks dolny 2O

R16LIx47fmuFu
Wzór strukturalny kwasu fosforowego(V).
Źródło: Benjah-bmm27, Wikimedia Commons, domena publiczna.
Bufor białkowy

Rolę buforu mogą pełnić również białka osoczowe, znajdujące się we krwi. Najistotniejszą rolę w utrzymaniu prawidłowego pH odgrywają albuminy. Albuminy produkowane są w organizmie człowieka głównie przez wątrobę. Oprócz regulowania pH biorą także udział w transporcie hormonów i barwników żółciowych, a ponadto odpowiadają za utrzymanie prawidłowego ciśnienia onkotycznegociśnienie onkotyczneciśnienia onkotycznego. Co istotne, białka wykazują właściwości amfoteryczne. Oznacza to, że w zależności od środowiska mogą zachowywać się jak kwasy lub jak zasady. Zależy to od obecności bądź braku grup polarnych w ich cząsteczkach. W środowisku kwaśnym białko przechodzi w formę kationu (wiązanie protonów), natomiast w środowisku zasadowym – w formę anionu (dysocjacja grup karboksylowych).

RIGUbvA8W5zhv
Model przestrzenny ludzkiej albuminy osocza krwi.
Źródło: Maksim, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑lime

Pojemność buforowa

Zdolność do przeciwstawiania się zmianom pH przez związki wchodzące w skład danego buforu nazywamy pojemnością buforową. Pojemność buforowa zawsze jest ograniczona. Dodanie do danego buforu zbyt dużej ilości kwasu lub zasady sprawi, że w pewnym momencie zdolności neutralizujące tego buforu ulegną wyczerpaniu.

Pojemność buforowa zależy m.in. od stężenia buforu – im bardziej rozcieńczony bufor, tym mniejsza jego pojemność buforowa. Warto wiedzieć, że miarą pojemności buforowej jest stosunek liczby moli danego kwasu lub zasady, która musi zostać dodana do 1 litra roztworu buforu, aby wywołać zmianę jego pH o jedną jednostkę.

Słownik

ciśnienie onkotyczne
ciśnienie onkotyczne

ciśnienie wewnątrznaczyniowe, warunkowane przez białka koloidalne osocza

glikoliza
glikoliza

ciąg reakcji biochemicznych, które prowadzą do przekształcenia jednej cząsteczki glukozy w dwie cząsteczki kwasu pirogronowego; rolą glikolizy jest wytworzenie substratów dla cyklu Krebsa i fosforylacji oksydacyjnej

kwasica
kwasica

zaburzenie równowagi kwasowo‑zasadowej przejawiające się wzrostem stężenia jonów wodorowych w płynach ustrojowych, spowodowane zwiększeniem zawartości kwasów lub utratą zasad; kwasica może być wyrównana, gdy kwasowość krwi nie ulega zmianie, oraz niewyrównana, ze zwiększoną kwasowością krwi; w zależności od rodzaju produktów nagromadzonych w ustroju rozróżnia się kwasicę metaboliczną i kwasicę oddechową (z podwyższeniem ilości COIndeks dolny 2 we krwi); kwasica metaboliczna bywa objawem wielu chorób, m.in. cukrzycy, chorób nerek, głodu; kwasica oddechowa występuje w chorobach płuc, niedomodze krążenia, w zaburzeniach automatyki oddychania

pH
pH

skala ilościowa mówiąca o kwasowości i zasadowości danego roztworu

zasadowica
zasadowica

zaburzenie równowagi kwasowo‑zasadowej płynów ustrojowych, spowodowane utratą kwasów lub zwiększeniem zawartości zasad; buforowe mechanizmy regulujące mogą utrzymać pH krwi bez zmiany – zasadowica wyrównana; gdy jednak działanie ich jest niedostateczne, pH krwi wzrasta – zasadowica niewyrównana; zasadowica metaboliczna – wywołana np. utratą kwasów przy długotrwałych wymiotach, niedoborem potasu, niektórymi lekami (środki alkaliczne w chorobie wrzodowej); zasadowica oddechowa – wywołana spadkiem prężności COIndeks dolny 2 we krwi wskutek nadmiernego pobudzenia ośrodka oddechowego (gorączka, śpiączka wątrobowa, zatrucia)