1 / 22

Hydrogenuhličitanový (bikarbonátový) ústojný systém krve.

Hydrogenuhličitanový (bikarbonátový) ústojný systém krve. V plasmě je ústojný systém dvojice hydrogenuhličitan / kyselina uhličitá: H 2 CO 3 H + + HCO 3 - p K kys. uhličité při 37 o C je 3, 57 což je výrazně mimo optimální pH plasmy (7, 42)

garnet
Download Presentation

Hydrogenuhličitanový (bikarbonátový) ústojný systém krve.

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Hydrogenuhličitanový (bikarbonátový) ústojný systém krve. • V plasmě je ústojný systém dvojice hydrogenuhličitan / kyselina uhličitá: • H2CO3 H+ + HCO3- • pKkys. uhličité při 37oC je 3, 57 což je výrazně mimo optimální pH plasmy (7, 42) • Koncentrace H2CO3 je nepatrnou frakcí vzhledem ke koncentraci HCO3- . Při koncentraci HCO3- 24 mM, je koncentrace H2CO3 pouze 3, 55 mM. • Jak může hydrogenuhličitanový ústojný systém optimálně fungovat ?

  2. Kritická koncentrace H2CO3 je konstantní díky rovnováze s rozpuštěným CO2 (tvoří se v alveolách plic). Člověk vydechuje denně 1 kg CO2. Co kdyby to nebyl prchavý plyn ? • Existuje rovnováha mezi plynným CO2(g) a rozpuštěným ve tkáňových tekutinách – CO2 (d). • Hydratace CO2 je katalyzována karbonáthydratasou. Za podmínek „in vivo“ je rovnováha posunuta na stranu rozpuštěného CO2. Na každých 300 molekul CO2 je přítomna jedna molekula H2CO3. • Přesné vyjádření hotovosti H2CO3 jako součet: • [ CO2(d)] + [H2CO3]

  3. Celkové rovnováhy hydrogenuhličitanového ústoje: • CO2 (d) + H2O H2CO3 • H2CO3 H+ + HCO3- • Ionizace H2CO3 za přítomnosti CO2 (d): • Kh = [H2CO3] / [CO2(d)] z toho: • [H2CO3] = Kh . [CO2 (d)], hodnotu vložíme do výrazu pro disociaci kys. uhličité: • Ka = [H+]. [HCO3- ]/ [H2CO3] = • [H+]. [HCO3- ]/ Kh . [CO2 (d)]. • Celková rovnovážná konstanta ionizace H2CO3 v rovnováze s CO2 (d) je dána: • Ka . Kh = [H+]. [HCO3- ]/ [CO2 (d)], konstanta označena Kcelková .

  4. Hodnota Kh = 0, 003 při 37oC • Hodnota Ka = 0, 000269 • Ka . Kh = 0, 003 x 0, 000269 = 8, 07 x 10-7 • Z toho celkove pK, pKcelkové = 6, 1. • Dle rovnice Henderson – Hasselbach: • pH = pKcelkové + log10[HCO3- ]/ [CO2 (d)] • I když pH krve 7, 42 je o jednotku vyšší než pKcelkove , je hydrogenuhličitanový ústojný systém efektivní. • Plynný CO2(g) je ústoj, který stále doplňuje CO2 (d). Koncentrace CO2 (d) je udržována na konstantní hladině – nadbytečný CO2 je ihned vylučován plícemi. • OTEVŘENÝ SYSTÉM „ in vivo“!!!

  5. Pro praktické účely je hydrogenuhličitanový ústoj uvažován jako dvojice HCO3- (konjugovaná báze) a CO2 (konjugovaná kyselina). • Příklad: • Krevní plasma obsahuje celkovou uhličitanovou hotovost (HCO3- + CO2) = 2, 52 x 10-2 M. • a) Jaký je poměr HCO3- / CO2 a koncentrace každé složky ústoje při pH = 7, 4 ? • b) Jaké by bylo pH, když je přidáno 10-2 M H+ za podmínek, kdy se nemůže zvýšená koncentrace CO2 uvolnit ? • c) Jaké by bylo pH, když přidáme 10-2 M H+ a nadbytek CO2 je uvolněn (na hladinu původní koncentrace CO2) ?

  6. Řešení: • a) pH = pK + log10[HCO3- ]/ [CO2 (d)] • 7, 4 = 6, 1 + log10[HCO3- ]/ [CO2 (d)] • 1, 3 = log10[HCO3- ]/ [CO2 (d)] • [HCO3- ]/ [CO2 (d)] = 20 / 1 • [HCO3- ] = 20 / 21 x 2, 52 x 10-2 = 2, 4 x 10-2 M. • [CO2 (d)] = 1, 2 x 10-3 M. • b) V uzavřeném systému - přidáno 0, 01 M H+ : • [HCO3- ]celkové = 0, 024 – 0, 010 = 0, 014 M • [CO2 (d)]celkové = 0, 0012 + 0, 010 = 0, 0112 M • pH = 6, 1 + log( 0, 014 / 0, 0112 ) = 6, 1 + log 1, 25 = 6, 1 + 0, 097 = 6, 2 • Závěr: V uzavřeném systému má dvojice HCO3- / CO2 malou ústojnou kapacitu !!!

  7. c) V otevřeném systému-přidáno 0, 01 M H+: 0, 024 M HCO3- + 0, 01 H+ + 0, 0012 M CO2 = 0, 014 M HCO3- + 0, 0112 CO2 0, 01 M CO2 se uvolní jako plyn. 0, 014 HCO3- + 0, 0012 M CO2 pH = 6, 1 + log 0, 014 / 0, 0012 = 6,1 + log 11, 667 = 7, 16 V otevřeném systému klesne pH jen o 0, 24 jednotky. Hladina HCO3- je neustále doplňována neboť CO2 vzniká v těle nepřetržitě jak produkt oxidačních procesů.

  8. Úloha • Hodnota pH vzorku tepenné krve je 7, 42. Po okyselení 10 ml vzorku krve se vytvořilo 5, 91 ml CO2 (korigováno na standardní teplotu a tlak). • a) Vypočtěte celkovou koncentraci rozpuštěného CO2 v krvi [CO2 + HCO3-]. • b) Koncentraci rozpuštěného CO2 a HCO3-.

  9. Hemoglobin (Hb) jako ústoj v krvi. • Odhlédneme-li, pro zjednodušení, od allosterického charakteru vazby kyslíku na hemoglobin (Hb), exisuje Hb ve dvou rovnováhách: • deoxyHb + O2 = oxyHb • Hb obsahuje mnoho ionizovatelných skupin, z nichž nejdůležitější je His, s pK kolem neutrality: • H Hb = H+ + Hb • Posun rovnováhy závisí na pH krve. Oba Hb mohou existovat v protonizované a neprotonizované formě. • V každém okamžiku existují čtyři formy Hb.

  10. Hb v erythrocytech vstupuje do plic hlavně jako směs deoxyforem H Hb a Hb. • Jejich poměr se řídí dle pH a pKa deoxyhemoglobinu. • Za situace pH 7, 4 a pKa = 7, 7 jsou asi dvě třetiny deoxyhemoglobinu přítomny jako konjugovaná kyselina. • V plících přijímá Hb kyslík. H HbO2 je silnější kyselina než H Hb. Konformační změny v molekule po oxygenaci snižují pKa His v oblasti hemu na 6, 2. Výsledkem je uvolnění H+. Zvýšená koncentrace H+ posunuje rovnováhu H+ + HCO3- na pravou stranu (H2O + CO2) což vede k odstranění H+ a uvolnění CO2 do atmosféry. • OxyHb je transportován do tkání, kde je nízký parciální tlak O2 – uvolňuje se O2 a Hb. • Hb je silnější báze než oxyHb (odpovídá H HbO2 je silnější kyselina než H Hb). • H+ produkované při oxidaci potravy se váží na Hb za tvorby H Hb.

  11. Zjednodušený model rovnováh kyslík / H+ Hb. • KO2 • byla arbitrálně stanovena rovna 1. Ostatní konstanty jsou disociační. • Konstanta pKamá hodnotu 7, 7 ačkoliv byly publikovány hodnoty od 7, 71 po 8, 18. • Konstanta pKa, má hodnotu 6, 2 ačkoliv byly publikovány hodnoty od 6, 17 po 6, 68.

  12. Uvolňování a vazba kyslíku různými formami Hb a v různých místech

  13. Bohrův efekt. • Rychle metabolizující tkáně, jako svalstvo, mají velké požadavky na kyslík a produkují velké množství H+ a CO2. Jak H+, tak CO2 jsou heterotropní efektory hemoglobinu zvyšující uvolňování kyslíku. Afinita hemoglobinu ke kyslíku klesá při vstupu hemoglobinu do oblastí s nižším pH. • Transport z plic (pH 7, 4), parciální tlak kyslíku 100 torrů do aktivního svalu s pH 7, 2 a parciálního tlaku kyslíku 20 torrů vede k uvolnění 77 % celkové přenášené kapacity. • Pokud by nedošlo k poklesu pH, tak by se uvolnilo pouze 66 %. • Ve tkáních, kde je vyšší koncentrace CO2 klesá afinita hemoglobinu ke kyslíku. • Za přítomnosti CO2 o parciálním tlaku 40 torrů se uvolní z hemoglobinu 90 % přenášeného kyslíku. • Vliv H+ a CO2 na regulaci vazby kyslíku na hemoglobin se nazývá Bohrův efekt. Podle Christiana Bohra, který jev popsal v roce 1904.

  14. Snížení pH ze 7, 4 (červená) na 7, 2 (modrá) vede k uvolnění O2 z oxyhemoglobinu. Zvýšení parciálního tlaku z 0 na 40 Torrů (fialová) také vede k uvolnění O2 z oxyhemoglobinu. Vliv pH a koncentrace CO2 na afinitu kyslíku k hemoglobinu.

  15. V deoxyhemoglobinu tvoří tři aminokyseliny dvě iontové vazby stabilizující T stav. Tvorba jedné z vazeb závisí na přítomnosti dalšího protonu na His b 146. To umožňuje vazbu na Asp 94. Chemický základ Bohrova efektu.

  16. STEREOCHEMIE Trochu opomíjená

  17. OGSTENŮV TŘÍBODOVÝ MODEL

  18. ČTYŘBODOVÝ MODEL dle Mesecara a Koshlanda

  19. A. D. Mesecar, D. E. Koshland Jr. (2000) A new model for protein stereospecificity, Nature403, 614–615. • Tři substituenty tetrahedrálního uhlíku, např. a, b, a c, aktivního enantiomeru ( D izomer) isocitrátu se váží na stejné aminokyseliny na povrchu enzymu (můžeme označit jako A', B', a C') stejně jako tytéž a, b, a c substituenty L izomeru. Potom tedy tříbodový model nemůže být důvodem pro rozlišení při enzymové reakci. • Zjistili, že hlavní rozdíl je orientace čtvrtého substituentu d modelu Cabcd nebo C2OH substituentu isocitrátu. V případě L izomeru je substituent vázán na Arg 119, zatímco v případě D izomeru, je OH skupina vázána na Mg2+ iont, který je vázán v komplexu Asp-311, Asp-283, a Asp-307 v opačném směru. • Výsledkem je nový model Mesecara a Koshlanda - nazvaný čtyřbodový.

More Related