Какие вещества обусловливают буферные свойства клетки? Структурная организация живых организмов. Химическая организация клетки

Цитология. Изучением клетки занимается цитология (от греч. цитос – клетка и логос – наука). Изучается строение клеток, строение и функции клеточных органоидов, процессы жизнедеятельности, протекающие в клетке. Каждая клетка проявляет все свойства живого – обмен веществ, раздражимость, развитие и размножение, является элементарной (наименьшей) единицей строения. Изучение клетки логично начать с изучения химического состава клетки.

Химический состав клеток.

Все клетки, независимо от уровня организации, сходны по химическому составу. В живых организмах обнаружено 86 химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева. Для 25 элементов известны функции, которые они выполняют в клетке. Эти элементы называются биогенными . По количественному содержанию в живом веществе элементы делятся на три категории:

Макроэлементы , элементы, концентрация которых превышает 0,001%. Они составляют основную массу живого вещества клетки (около 99%). Макроэлементы делят на элементы 1 и 2 группы. Элементы 1-ой группы – C, N, H, O (на их долю приходится 98% от всех элементов). Элементы 2-ой группы – K , Na , Ca , Mg , S , P , Cl , Fe (1,9%).

Микроэлементы (Zn, Mn, Cu, Co, Mo, и многие другие), доля которых составляет от 0,001% до 0,000001%. Микроэлементы входят в состав биологически активных веществ – ферментов, витаминов и гормонов.

Ультрамикроэлементы (Hg, Au, U, Ra и др.), концентрация которых не превышает 0,000001%. Роль большинства элементов этой группы до сих пор не выяснена.

Макро- и микроэлементы присутствуют в живой материи в виде разнообразных химических соединений, которые подразделяются на неорганические и органические вещества.

К неорганическим веществам относятся: вода и минеральные вещества. К органическим веществам относятся: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, АТФ и другие низкомолекулярные органические вещества. Процентное соотношение указано в таблице 1.

Неорганические вещества клетки . Вода .

Вода – самое распространенное в живых организмах неорганическое соединение. Ее содержание колеблется в широких пределах: в клетках эмали зубов вода составляет по массе около 10%, а в клетках развивающегося зародыша – более 90%.

Без воды жизнь невозможна. Она не только обязательный компонент живых клеток, но и среда обитания организмов. Биологическое значение воды основано на ее химических и физических свойствах. Химические и физические свойства воды необычны. Они объясняются, прежде всего, малыми размерами молекул воды, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями.

В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Молекула полярна: кислородный атом несет частичный отрицательный заряд, а два водородных – частично положительные заряды. Это делает молекулу воды диполем. Поэтому при взаимодействии молекул воды друг с другом между ними устанавливаются водородные связи. Они слабее ковалентной, но, поскольку каждая молекула воды способна образовывать 4 водородные связи, они существенно влияют на физические свойства воды. Большая теплоемкость, теплота плавления и теплота парообразования объясняются тем, что большая часть поглощаемого водой тепла расходуется на разрыв водородных связей между ее молекулами. Вода обладает высокой теплопроводностью, благодаря чему в различных участках клетки поддерживается одинаковая температура. Вода практически не сжимается, прозрачна в видимом участке спектра. Наконец, вода – единственное вещество, плотность которого в жидком состоянии больше, чем в твердом.

Рис. . Вода. Значение воды.

Вода – хороший растворитель ионных (полярных) соединений, а также некоторых не ионных, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы. Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше, чем энергия притяжения между молекулами вещества, то молекулы гидратируются и вещество растворяется. По отношению к воде различают гидрофильные вещества – вещества, хорошо растворимые в воде и гидрофобные вещества – вещества, практически нерастворимые в воде. Есть органические молекулы, у которых один участок – гидрофилен, другой – гидрофобен. Такие молекулы называют амфипатическими , к ним относятся, например, фосфолипиды, образующие основу биологических мембран.

Вода является непосредственным участником многих химических реакций (гиролитическое расщепление белков, углеводов, жиров и др.), необходима как метаболит для реакций фотосинтеза.

Большинство биохимических реакций может идти только в водном растворе; многие вещества поступают в клетку и выводятся из нее в водном растворе. Благодаря большой теплоте испарения воды, происходит охлаждение организма.

Максимальная плотность воды при +4°С, при понижении температуры вода поднимается вверх, а так как плотность льда меньше плотности воды, то лед образуется на поверхности, поэтому при замерзании водоемов подо льдом остается жизненное пространство для водных организмов.

Благодаря силам когезии (электростатическому взаимодействию молекул воды, водородным связям) и адгезии (взаимодействию с окружающими ее стенками) вода обладает свойством подниматься по капиллярам – один из факторов, обеспечивающих движение воды в сосудах растений.

Несжимаемость воды определяет напряженное состояние клеточных стенок (тургор ), а также выполняет опорную функцию (гидростатический скелет, например, у круглых червей).

Итак, значение воды для организма заключается в следующем:

1. Является средой обитания для многих организмов;
2. Является основой внутренней и внутриклеточной среды;
3. Обеспечивает транспорт веществ;
4. Обеспечивает поддержание пространственной структуры растворенных в ней молекул (гидратирует полярные молекулы, окружает неполярные молекулы, способствуя их слипанию);
5. Служит растворителем и средой для диффузии;
6. Участвует в реакциях фотосинтеза и гидролиза;
7. При испарении участвует в терморегуляции организма;
8. Обеспечивает равномерное распределение тепла в организме;
9. Максимальная плотность воды при +4°С, поэтому лед образуется на поверхности воды.

Минеральные вещества .

Минеральные вещества клетки в основном представлены солями, которые диссоциируют на анионы и катионы, некоторые используются в неионизированной форме (Fe, Mg, Cu, Co, Ni и др.)

Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны катионы Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , анионы HPO 4 2- , Cl - , HCO 3 - . Концентрации ионов в клетке и среде ее обитания, как правило, различны. В нервных и мышечных клетках концентрация К + внутри клетки в 30-40 раз больше, чем вне клетки; концентрация Na + вне клетки в 10-12 раз больше, нежели в клетке. Ионов Сl - вне клетки в 30-50 раз больше, чем внутри клетки. Существует ряд механизмов, позволяющих клетке поддерживать определенное соотношение ионов в протопласте и внешней среде.

Табл. 1. Важнейшие химические элементы

Химический элемент	Вещества, в которых химический элемент содержится	Процессы, в которых химический элемент участвует
Углерод, водород, кислород, азот	Белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и др. органические вещества	Синтез органических веществ и весь комплекс функций, осуществляемых этими органическими веществами
Калий, натрий		Обеспечивают функции мембран, в частности, поддерживают электрический потенциал клеточной мембраны, работу Na + /Ka + -насоса, проведение нервных импульсов, анионный, катионный и осмотический балансы
	Фосфат кальция, карбонат кальция Пектат кальция	Участвует в процессе свертывания крови, сокращения мышц, входит в состав костной ткани, зубной эмали, раковин моллюсков Формирование срединной пластинки и клеточной стенки у растений
	Хлорофилл	Фотосинтез
		Формирование пространственной структуры белка за счет образования дисульфидных мостиков
	Нуклеиновые кислоты, АТФ	Синтез нуклеиновых кислот, фосфорилирование белков (их активирование)
		Поддерживает электрический потенциал клеточной мембраны, работу Na + /Ka + -насоса, проведение нервных импульсов, анионный, катионный и осмотический балансы Активизирует пищеварительные ферменты желудочного сока
	Гемоглобин Цитохромы	Транспорт кислорода Перенос электронов при фотосинтезе и дыхании
Марганец	Декарбоксилазы, дегидрогеназы	Окисление жирных кислот, участие в процессах дыхания и фотосинтеза
	Гемоцианин Тирозиназа	Транспорт кислорода у некоторых беспозвоночных Образование меланина
	Витамин В 12	Формирование эритроцитов
	Входит в состав более 100 ферментов: Алькогольдегидрогеназа, карбоангидраза	Анаэробное дыхание у растений Транспорт СО 2 у позвоночных
	Фторид кальция	Костная ткань, зубная эмаль
	Тироксин	Регуляция основного обмена
Молибден	Нитрогеназа	Фиксация азота

Различные ионы принимают участие во многих процессах жизнедеятельности клетки: катионы К + , Na + , Ca 2+ обеспечивают раздражимость живых организмов; катионы Mg 2+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Ca 2+ и др. необходимы для нормального функционирования многих ферментов; образование углеводов в процессе фотосинтеза невозможно без Mg 2+ (составная часть хлорофилла).

От концентрации солей внутри клетки зависят ее буферные свойства . Буферностью называют способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию своего содержимого на постоянном уровне (рН около 7,4). Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами H 2 PO 4 - и НРО 4 2- . Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют Н 2 СО 3 и НСО 3 - .

Фосфатная буферная система:

Низкий pH Высокий pH

НРО 4 2- + Н + H 2 PO 4 -

Гидрофосфат – ион Дигидрофосфат – ион

Бикарбонатная буферная система:

Низкий pH Высокий pH

НСО 3 - + Н + H 2 СO 3

Гидрокарбонат – ион Угольная кислота

Некоторые неорганические вещества содержатся в клетке не только в растворенном, но и в твердом состоянии. Например, Са и Р содержатся в костной ткани, в раковинах моллюсков в виде двойных углекислых и фосфорнокислых солей.

Ключевые термины и понятия

1. Общая биология. 2. Тропизмы, таксисы, рефлексы. 2. Биогенные элементы. 3. Макроэлементы. 4. Элементы 1 и 2 групп. 5. Микро- и ультрамикроэлементы. 6. Гидрофильные и гидрофобные вещества. 7. Амфипатические вещества. 8. Гидролиз. 9. Гидратация. 10. Буферность.

Основные вопросы для повторения

1. Строение молекулы воды и ее свойства.
2. Значение воды.
3. Процентное соотношение органических веществ в клетке.
4. Важнейшие катионы клетки и их концентрация в нервных и мышечных клетках.
5. Реакция фосфатной буферной системы при понижении рН.
6. Реакция карбонатной буферной системы при повышении рН.

краткое содержание других презентаций

«Особенности химического состава клетки» - Раствор. Ионы металлов. Химические элементы клетки. Кислород. Соотношение органических и неорганических веществ в клетке. Минеральные вещества в клетке. Клетки. Тезисы. Водородные связи. Углерод. Вода. Виды воды. Химические компоненты клетки. Записи в тетради. Группы химических элементов. Особенности химического состава клетки. Собаки. Вода в организме распределена неравномерно.

«Химический состав и строение клетки» - Нуклеиновые кислоты. Клетка. Науки. Химический состав клетки. Химические элементы. Жиры. Клеточный центр. Основной источник энергии. Митохондрии. Белки. Анатомия. Хранение наследственной информации. Мембрана. Рибосомы. Строение и химический состав клетки. Световой микроскоп. Строение клетки. Работа с тетрадью.

«Неорганические вещества клетки» - Элементы, входящие в состав клетки. Микроэлементы. Содержание химических соединений в клетке. Содержание в разных клетках. Биогенные элементы. Химический состав клетки. Ультрамикроэлементы. Кислород. Функции воды. 80 химических элементов. Магний. Макроэлементы.

«Биология «Химический состав клетки»» - Признаки реакции. Биогенные элементы. План урока. Различия живой и неживой природы. C -основа всех органических веществ. Cu -ферменты гемоцианины, синтез гемоглобина, фотосинтез. Кислород. Химический состав клетки. Микроэлементы. Ответить на вопросы. Макроэлементы. Ультрамикроэлементы. Цинк. Состав человеческого тела.

«Вещества клетки» - История открытия витаминов. Витамин. Вирусы и бактериофаги. АТФ и другие органические вещества клетки. Интересные факты. Функция АТФ. Жизнь вирусов. Витамины в жизнедеятельности клетки. Современная классификация витаминов. Жизненный цикл бактериофага. Микрофотографии вирусов. Как и где образуется АТФ. Витамины и витаминоподобные вещества. Значение вирусов. ВТМ имеет палочковидную форму. АТФ. Строение вирусов.

«Урок «Химический состав клетки»» - Ферменты. Свойства белковой молекулы. РН буферность. Липиды. РНК – одиночная цепочка. Неорганические вещества. Нуклеиновые кислоты. Углеводы. Принцип комплементарности. Молекулярный уровень. Нуклеотид. Белки. Виды РНК. ДНК – двойная спираль. Молекула водорода. Репликация. Химический состав клетки. Структура белка. Элементарный состав клетки.

Буферы представляют собой химические вещества, такие как фосфор, калий, магний, селен, цинк которые помогают жидкости сопротивляться изменению ее кислотных свойств при добавлении других химических веществ, которые обычно вызывают изменение этих свойств. Буферы необходимы для живых клеток. Это связано с тем, что буферы поддерживают правильный рН жидкости.

Что такое рН

Это показатель того, насколько кислая жидкость. Например, лимонный сок имеет низкий рН от 2 до 3 и очень кислый - так же, как сок в вашем желудке, который переваривает пищу. Поскольку кислотные жидкости могут разрушать белки, а клетки заполнены белками, клеткам необходимо иметь буферы внутри и снаружи, чтобы защитить свои белковые свойства.

• Противоположностью химического вещества, которое является кислотой, является химическое вещество, которое является основанием, и оба могут существовать в жидкости. Кислота высвобождает ион водорода в жидкость, а основание выталкивает из него ион водорода. Чем больше свободно плавающих ионов водорода присутствует в жидкости, тем более кислой становится жидкость.
• Буферы представляют собой химические вещества, которые могут легко выделять или поглощать ионы водорода в жидкости, то есть они способны противостоять изменению рН, контролируя количество свободных ионов водорода. Шкала рН находится в диапазоне от 0 до 14. Значение pH от 0 до 7 считается кислотным, а рН от 7 до 14 считается основным. PH 7, посередине, нейтрален и представляет собой чистую воду.
• Опасность изменения рН внутри клетки заключается в том, что рН резко влияет на структуру белков.

Клетка состоит из различных типов белков, и каждый белок работает только тогда, когда у него есть правильная трехмерная форма. Форма белка удерживается на месте силами притяжения внутри белка, как и многие мини-магниты здесь и там, которые соединяются, чтобы удерживать весь протеин на месте. Поэтому, если внутри клетки становится слишком кислым или слишком основным, тогда белки начинают терять форму и больше не работают. Клетка становится как фабрика без рабочих и без ремонтников. Поэтому буферы внутри ячейки предотвращают это.

Тестовые задания по теме

«НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ»

Выберите один правильный ответ из предложенных вариантов:

1. Какие химические элементы, содержащиеся в клетке, относят к макроэлементам?
а) Zn , I, F, Br;

в) Ni, Cu, I, Br.

г) Au, Ag, Ra, U.

2. Каковы функции воды в клетке?


в) источник энергии.

г) передача нервного импульса

3. Какие ионы входят в состав гемоглобина?
а) Mg 2+ ;

4. Передача возбуждения по нерву или мышце объясняется:

а) разностью концентраций ионов натрия и калия внутри и вне клетки

б) разрывом водородных связей между молекулами воды

в) изменением концентрации водородных ионов

г) теплопроводностью воды

5 . Из перечисленных веществ является гидрофильными:

а) крахмал

г) целлюлоза

6. В состав молекулы хлорофилла входят ионы

г) Na +
7. Одновременно входит в состав костной ткани и нуклеиновых кислот:

б) фосфор

в) кальций

8 . У детей развивается рахит при недостатке:

а) марганца и железа

б) кальция и фосфора

в) меди и цинка

г) серы и азота

9 . В состав желудочного сока входит:

10. Больше всего воды содержится в клетках:
а) эмбриона;

б) молодого человека;

в) старика.

г) взрослого человека

11. Какие химические элементы, содержащиеся в клетке, относят к микроэлементам?
а) S, Na, Ca, K;

в) Ni, Cu, I, Br.

г) Р, S, Cl, Nа

12. В состав желудочного сока входит
а) серная кислота;

б) соляная кислота;

в) угольная кислота.

г) фосфорная кислота

13. Каковы функции минеральных веществ в клетке?
а) передача наследственной информации;
б) среда для химических реакций;
в) источник энергии;

г) поддержание осмотического давления клетки.

14. Какие ионы влияют на свёртываемость крови?
а) Mg 2+ ;

15 . Железо входит в состав:

в) гемоглобина

г) хлорофилла

16. Меньше воды содержится в клетках:
а) костной ткани;

б) нервной ткани;

в) мышечной ткани.

г) жировой ткани

17. Вещества, плохо растворимые в воде, называются:
а) гидрофильными;

б) гидрофобными;

в) амфифильными.

г) амфотерными

18. Буферность в клетке обеспечивают ионы:
а) Na + , K + ;

б) SO 4 2- , Cl - ;

в) HCO 3 - , CO 3 2-.

г) Mg 2+ ; Fe 2+

19. Вода – основа жизни, т.к. она:
а) может находиться в трех состояниях (жидком, твердом и газообразном);
б) является растворителем, обеспечивающим как приток веществ в клетку, так и удаление из нее продуктов обмена;
в) охлаждает поверхность при испарении.

г) обладает свойством теплопроводности

20 . Из перечисленных веществ является гидрофобным:

г) перманганат калия

Эталоны ответов

БУФЕРНЫЕ СВОЙСТВА , способность многих веществ ослаблять изменение активной реакции (см.) раствора, к-рое без них произошло бы при прибавлении к раствору кислот или щелочей. Это стабилизирующее влияние на реакцию раствора называется буферным действием. Буферное действие. Если к десяти куб. см децинормалыгого раствора уксусной к-ты постепенно добавлять раствор едкого натра такой же концентрации, то кислотность раствора, определяемая концентрацией содержащихся в нем свободных водородных ионов (см.), будет уменьшаться. При рн 1И 8 7 6 / куб. см NaOH прибавлении 10 куб. см NaOH процесс связывания кислоты щелочью, процесс нейтрализации, окажется законченным, вся уксус-пая к-та превратится в соответствующую соль-уксуснокислый натрий, а соединившиеся Н и ОН-ионы дадут молекулы воды. Дальнейшее добавление NaOH даст преобладание свободным гидроксильным ионам- щелочную реакцию. Помещаемая здесь кривая (см. рисунок, сплошная линия) передает изменения реакции, выраженной через рН (водородный показатель,-см. Водородные ионы), наблюдаемые при нейтрализации уксусной к-ты. Прерывистая линия на том же рисунке изображает соответствующее изменение реакции (рН) при прибавлении NaOH к децинормальной соляной кислоте. Если сравнить обе кривые и посмотреть, сколько потребовалось щелочи для одинакового изменения реакции, напр., для изменения рН от 4 до 5, то результаты окажутся весьма различными: в первом случае-около 5 куб. см NaOH, во втором-едва уловимые следы последнего. Количество щелочи (или соответственно к-ты), которое требуется для определенного изменения реакции, и является мерилом устойчивости реакции раствора, величины его Б. действия. В первом случае оно весьма значительно, во втором-совер- шенно ничтожно. Если количество грамм-эквивалентов щелочи (или, соответственно, кислоты), прибавленной к литру испытуемого раствора, обозначить знаком ДВ, а вызванное этим изменение реакции через ДрН, то, по Ван-Слайку (Van-Slyke), Б. действие будет равно отношению этих величин: Б. действие = _4. в.Различие в хо- Арн де кривых для обоих рассмотренных выше растворов обусловлено свойствами обеих к-т. Соляная к-та принадлежит к сильным кислотам, полностью диссоциированным на свои ионы. Напротив, уксусная к-та сравнительно слабо диссоциирована: только небольшая часть ее молекул (в децинормальном растворе около 1,3%) распадается и дает водородные ионы, определяющие кислую реакцию раствора. Поэтому, уксусная к-та имеет значительно менее кислую реакцию (больший рН), чем соляная в одинаковой молекулярной концентрации. При прибавлении NaOH гидроксильные ионы щелочи связывают водородные ионы. Но в силу общих условий хим. равновесия удаление продуктов диссоциации вызывает распад новых, прежде недиссоциированных молекул, освобождая все новые количества Н-ионов на место связываемых щелочью. Т. о., уксусная кислота (в отличие от полностью диссоциированной соляной), кроме свободных, активных Н-ионов, обусловливающих активную реакцию раствора, обладает еще в своих недиссоциированных молекулах запасными, резервными водородными ионами, резервной кислотностью, способной быстро пополнять убыль свободных ионов. Эти кислотные резервы (или щелочные, . если раствор может освобождать запасные ОН-ионы и связывать прибавляемые к-ты) и обусловливают его Б. действие; оно тем значительнее, чем больше резервных ионов мобилизуется при данном изменении реакции. Самое название (буферное действие) было дано по аналогии с железнодорожными буферами, смягчающими резкость механических толчков. Более правильным было бы сравнение с сосудами различной емкости, в которых прибавление одинакового количества жидкости вызывает различное изменение уровня. Чем значительнее емкость сосуда, тем больше требуется жидкости для определенного повышения уровня;подобным же образом от количества резервных Н- или О Н-ионов («буферной емкости») зависит количество щелочи (или к-ты), необходимое для данного изменения «уровня» реакции. Буферные растворы.Электролитическая диссоциация слабых кислот и щелочей резко понижается в присутствии солей, имеющих общий с ними ион. Напр., уксусная к-та значительно слабее диссоциирована в присутствии своей натриевой соли (уксуснокислого натрия, дающего, подобно уксусной к-те, ацетат-ион) и дает значительно меньше водородных ионов, чем в чистом растворе. Концентрация водородных ионов прямо пропорциональна концентрации молекул уксусной к-ты и обратно пропорциональна концентрации ацетат-ионов. Т. к. нейтральные соли принадлежат к сильным электролитам, почти полностью диссоции- ровапным на свои ионы, можно с достаточным приближением, вместо концентрации ацетат-ионов, взять просто концентрацию соответствующей соли. Концентрация водородных ионов в таком растворе, содержащем слабую к-ту и ее соль, выразится тогда простой формулой (в к-рой прямоугольные скобки обозначают концентрацию стоящих в них веществ): [Н"]=К [кислота] [соль] (1) Подобным же образом в смеси слабой щелочи и ее соли концентрация гидроксильных ионов (по к-рой точно так же легко вычислить тесно связанную с ней концентрацию Н-ионов и реакцию раствора) определяется аналогичным выражением: тип ту [щелочь] [он]=к [соль] . (2) Для более точного расчета необходимо было бы в обеих формулах несколько уменьшить знаменатель, умножив его на степень диссоциации соли (величину меньшую единицы). Такие смеси имеют особенно большие количества резервных, легко мобилизуемых Н- и ОН-ионов и соответственно особенно большое Б. действие. При этом они делают реакцию раствора устойчивой одновременно по отношению и к щелочам и к к-там. Так, напр., смесь уксусной к-ты с уксуснокислым натрием (получающаяся при частичной нейтрализации уксусной кислоты едким натром, см. рисунок), как мы видели, сравнительно мало изменяет свою реакцию при подщелачивании. Точно так же при прибавлении сильной к-ты, напр., соляной, действие ее ослабляется благодаря тому, что она соединяется с натрием, вытесняя эквивалентное количество слабой уксусной к-ты из ее соли. Растворы подобных смесей слабой к-ты или щелочи с соответствующей солью, т. н. буферные растворы, приобрели особенное значение благодаря той легкости, с к-рой по приведенным формулам (1) и (2) может быть вычислена их реакция. Постоянная К в этих формулах представляет характерную для каждой к-ты или щелочи константу-т. н. константу диссоциации. Если к-та и ее соль присутствуют в равной (эквивалентной) концентрации, то, очевидно, концентрация водородных ионов делается численно равной константе диссоциации ([Н"]=К). Т. о., константа диссоциации к-ты (или, соответственно, щелочи) непосредственно указывает среднюю реакцию, в районе к-рой проявляется Б. действие данной смеси. В этой точке буферное действие б. ч. особенно велико. В следующей таблице (см. табл. на ст. 274) приведен водородный показатель нескольких буферных растворов: смеси уксусной к-ты и уксуснокислого натрия (ацетатная смесь), однометаллического (первичного) и двуметаллического (вторичного) фосфата натрия (NaH 2 P0 4 и Na 2 HP0 4) и аммиака с хлористым аммонием. Из формул (1) и (2) можно непосредственно вывести одно очень важное свойство буферных растворов: реакция, даваемая буферной смесью, зависит (в первом приближении) исключительно от соотношения Таблица рН буферных с м е с е й. Уксусная Молярное к-та соотношение Уксусно- кисл. Na 32:1 3,2 16:1 3,5 8:1 3,8 4:1 4,1 2:1 4,4 1:1 4,7 1:2 5,0 1:4 5,3 1:8 5,6 1:16 5,9 1:32 6,2 Первичный фосф ат Вторичный фосфат Хлор. аммоний Аммиан 1 4 7 0 3 7 3,3 8,0 8,3 8,6 8,9 9,2 9,5 9,8 10,1 10,4 10,7 11,0 ее компонентов, а не от их абсолютной концентрации. Поэтому и в приведенной таблице можно было, не приводя концентрации кислоты (или щелочи) и соли, ограничиться указанием их соотношения. Разбавление Б. раствора не влияет на его реакцию. Конечно, того же нельзя сказать о буферном действии. При данной реакции оно тем значительнее, чем выше концентрация буферов. Рассмотренные свойства Б. растворов определяют их важнейшие практич. применения: 1. Очень многие биохимич. и биол. процессы в высокой степени чувствительны даже к незначительным изменениям реакции (см. Активная реакция и Водородные ионы). В самом ходе этих процессов часто вырабатываются большие количества кислых или щелочных продуктов, к-рые могли бы изменить или даже совершенно остановить их дальнейшее течение. Для точного изучения подобных процессов необходимо их проводить в условиях, исключающих возможность сколько-нибудь значительных колебаний реакции. Для этого служат Б. растворы, применяемые здесь как регуляторы реакции. Этот метод был применен Серенсеном (Sorensen, 1909 г.) для изучения влияния активной реакции на деятельность ферментов. В зависимости от количества вырабатываемых кислых или щелочных продуктов, с одной стороны, от желательной степени постоянства реакции- с другой, приходится применять растворы с б. или м. значительным Б. действием. 2. В др. случаях величина Б. действия не имеет особенно существенного значения, а применение буферных растворов основано на даваемой ими возможности готовить стойкие растворы любой желательной реакции (см. таблицу). При помощи индикаторов (см.)-веществ, меняющих свою окраску в зависимости от активной реакции раствора, можно сравнивать исследуемый раствор с серией буферных растворов известной реакции. Устанавливая, в каком из этих растворов данный индикатор принимает такую же окраску, как и в испытуемом, можно определить реакцию последнего. Так. обр., буферы применяются здесь как стандартные растворы, путем сравнения с которыми измеряется реакция. Применение таких стандартных буферных растворов лежит в основе индикаторного, или колориметрического метода измерения реакции. Другие буферные системы. Другие хим. системы также могут оказывать б. или м. значительное Б. действие. Оно может зависеть, напр., от выпадения в осадок прибавляемой щелочи или к-ты. Так, если к морской воде прибавлять едкий натр, раствор будет подщелачиваться до тех пор, пока его рН не сделается равным, приблизительно, 8,6. При этой реакции начнет осаждаться Mg(OH) 2 , образующийся из магниевых солей и прибавляемого NaOH; дальнейшее увеличение щелочности приостановится, пока весь магний не выпадет из раствора. Далее, даже нерастворимые вещества (напр., животный уголь) могут захватывать прибавляемые к-ты или щелочи путем адсорпции. Наконец, очень сильным Б. действием отличаются белки и другие амфотер-ные вещества (см. Лмфолиты). Благодаря своей двойственной («амфотерной») природе, они могут связывать как к-ты, так и щелочи. Амфотерный характер клеточных коллоидов имеет большое значение для постоянства внутриклеточной реакции.-Буферы морской воды. Изменения реакции оказывают огромное влияние на жизненные явления; жизнь возможна лишь в определенном, для большинства организмов сравнительно узком, интервале концентраций Н- и ОН-ио-нов. Поэтому в природе буферы играют большую роль в поддержании необходимого для жизни постоянства реакции. Морская вода, представляющая естественную внешнюю среду большинства водных организмов, обладает весьма значительным Б. действием, которое зависит от содержащейся в ней би-карбонатной смеси-сочетания углекислоты и двууглекислого натрия (бикарбоната натрия). Благодаря наличию этого буфера, сохраняется обычная слабо-щелочная реакция морской воды и умеряются колебания реакции, которые производят водные организмы, поглощающие при фотосинтезе С0 2 или выделяющие кислые продукты обмена веществ. Буферные свойства крови. Особенный интерес представляют Б. свойства внутренней среды организма, в частности, крови. Кровь имеет слабо-щелочную реакцию, отличающуюся большим постоянством. Даже in vitro кровь стойко удерживает свою реакцию и обладает весьма большим Б. действием. К ней приходится прибавлять в несколько десятков раз больше едкого натра, чем к дестиллированной воде, чтобы вызвать одинаковое подщелачивание раствора, и в несколько сот раз больше НС1 для одинакового подкисления. Так же, как и в морской воде, главным буфером кровяной сыворотки является бикарбонатная смесь-сочетание С0 2 и NaHC0 3 . Даваемая ею концентрация Н-ионов приближенно определяется так: где К равняется, приблизительно, ЗЛО -7 . В сыворотке содержатся также фосфаты, однако, по сравнению с бикарбонатами, их количество и их роль невелики. В отношении Б. действия бикарбонатный раствор вполне сходен с кровяной сывороткой. Так, напр., обе жидкости растворяют одинаковое количество С0 2 , пропорциональное ее парциальному давлению в окружающем воздухе. При изменении этого давления, как показывает формула (3), во столько же раз изменяется в них концентрация водородных ионов. Цельная кровь со своими форменными элементами обнаруживает при тех же условиях заметно большее постоянство реакции. Это добавочное, по сравнению с сывороткой, Б. действие зависит от амфотерных белковых веществ крови, в частности-от находящегося в эритроцитах НЬ. Последний представляет очень слабую к-ту, настолько слабую, что его кислый характер не может проявиться при избытке С0 2 . Но, когда давление последней понижено, напр., в артериальной крови, оксигемоглобин, как к-та, разлагает нек-рое количество бикарбоната, вытесняя из него С0 2 . В результате уменьшается знаменатель в формуле (3) и отчасти компенсируется влияние пониженного содержания С0 2 . Т. о., НЬ оказывает существенное влияние на кривую связывания углекислоты, а тем самым и на реакцию крови. В частности, он умеряет различия, связанные с различным давлением С0 2 в артериальной и в венозной крови. Во всяком случае, в конечном итоге реакция крови вполне определяется соотношением углекислоты и бикарбоната, т. е. отношением свободной (растворенной) С0 2 и С0 2 химически связанной. Первая легко выделяется из крови, вторая может быть вытеснена путем разложения бикарбонатов к-тами. Обе эти величины-количество свободной и связанной С0 2 -совместно характеризуют Б. свойства и реакцию крови. Их измерение получило в последнее время большое распространение и значение. В отношении своей реакции кровь обладает теми же свойствами, что и другие Б. растворы. Мы видели, что реакция Б. смеси определяется соотношением к-ты и ее соли, а не их абсолютной концентрацией. Соответственно этому и реакция крови остается практически неизменной даже при многократном разбавлении ее изотоническим раствором NaCl (или любым другим безбуферным раствором). Этим свойством крови нередко пользуются при измерении ее реакции, применяя с этой целью небольшое количество крови, разбавленной раствором NaCl. Оно же делает безвредным внутривенное вливание различных так наз. «физиологических растворов», нередко имеющих ненормальную реакцию, к-рая оказалась бы гибельной для организма, если бы уже небольшая примесь крови не приближала ее к физиологической норме. При прибавлении к крови in vitro щелочи эта последняя нейтрализуется углекислотой; напротив, всякая кислота реагирует с бикарбонатом и, образуя нейтральную соль, заменяется эквивалентным количеством вытесненной ею из бикарбоната С0 2 . Этим объясняется замечательный факт, не раз уже обращавший на себя внимание исследователей: путем введения в кровь (in vivo) различных кислот-от наиболее слабых до самых сильных-оказывается совершенно невозможным добиться различного (соответственно силе применяемой к-ты) изменения реакции крови. Пока в крови остается нек-рое количество бикарбонатного буфера, изменения реакции оказываются во всех случаях одинаково ничтожными. Затем, одновременно с резким нарушением реакции, наступает смерть. Эти грубые экспериментальные воздействия дают наглядное представление о том, что происходит в организме в естественных условиях. Огромное большинство продуктов обмена веществ имеет кислый характер (фосфорная, угольная, молочная, масляная и другие кислоты). От этих непрерывно поступающих из тканей кислот и должны буферы крови предохранить ее нормальную реакцию. Последняя является слабо-щелочной, т. е. характеризуется небольшим избытком активных гидроксил-ионов. Водородный показатель (рН) крови равняется, в среднем, 7,4, концентрация Н-ионов-0,44.Ю -7 , концентрация ОН-ио-нов-около 7.10 _г (при 37°). По сравнению с этой незначительной концентрацией свободных ОН-ионов количество резервных ионов, к-рое может быть освобождено для связывания прибавляемых кислот, весьма велико (около 2.Ю -2). Их количество, однако, далеко не отличается таким постоянством, как активная реакция крови, и может подвергаться сильным изменениям, особенно в пат. условиях. Щелочные растворы представляют лишь первый барьер против вводимых извне или вырабатываемых в организме кислых продуктов. Производимое последними нарушение реакции во много раз ослабляется буферами крови, но не может быть ими совершенно устранено: связывание части молекул бикарбоната и освобождение С0 2 смещает первоначальное соотношение этой основной Б. смеси. Более тонкая регуляция реакции совершается легкими. Всякое увеличение концентрации водородных ионов служит возбудителем дыхательного центра и немедленно усиливает вентиляцию легких (см. Дыхание). Благодаря высокой чувствительности дыхательного центра к Н-ионам, аппарат легочной регуляции работает необычайно точно: удаляя из крови, в зависимости от существующей в ней активной реакции, большие или меньшие количества С0 2 , он автоматически восстанавливает нормальное соотношение между нею и бикарбонатом. Буферы крови защищают организм от резких колебаний реакции, к-рые были бы для него гибельны; дыхательный аппарат обеспечивает постоянное соотношение компонентов Б. смеси (даже при резких изменениях их абсолютной концентрации) и тем самым-точное постоянство активной реакции. Особенно значительное пат. накопление нелетучих кислот и соответствующее уменьшение резервной щелочности наблюдаются при ацидозах (см.). Однако, и оно обычно не ведет к изменению активной реакции крови: путем усиленной вентиляции легких достигается уменьшение содержания С0 2 , компенсирующее в большинстве случаев понижение концентрации бикарбоната («компенсированный ацидоз»). Противоположное явление представляет компенсированный алкалоз, при к-ром увеличение щелочных резервов компенсируется пропорциональным повышением давления С0 2 . Изменения содержания СО 2 в альвеолярном воздухе легких может служить в обоих случаях прямым показателем изменений концентрации бикарбонатов в крови. Общее количество буферов в крови в первом случае уменьшается, во втором увеличивается, но активная реакция остается практически постоянной. Лит.: М i с h а е 1 i s L., Die Wassers offionen-konzentration, Т. 1, Aufl. 2, B„ 1922; Кора-cuwsly W., Les ions d"hydrogene, P., 1926; Kolthoff J. M., Der Gebraueh von Farbenindi-katoren, 3 Aufl., В., 1926; Van Slyke D., The carbon dioxide carriers of the blood, Physical Review, v. I, p. 141, 1921.Д. Рубинштейн. В UFO, жабы, бесхвостые земноводные, сем. Bufonidae. Обычными видами являются В. vulgaris-серая жаба, или коровница, и В. viridis-зеленая жаба. Живут в лесах, кустарниках, садах, погребах, старых стенах, под стволами деревьев и в других местах. Являются ночными животными. Очень полезны для человека истреблением вредных насекомых. В коже имеют мешетча-тые ядовитые железы, особенно мощно развитые позади глаз (так называемые па-ротиды); этот секрет не всасывается кожей человека, почему жаб можно брать неповрежденными руками без всяких опасений, но он сильно ядовит при поступлении непосредственно в кровь. Секрет же кожных желез нек-рых жаб тропических стран идет для изготовления «стрельного яда» (см. Амфибии, Ядовитые животные).