рН среды и буферные растворы. Влияние рН на биологические процессы
Организмы и клетки, как правило, весьма устойчивы даже к значительным изменениям рН окружающей среды. Внутриклеточные процессы, наоборот, обладают высокой чувствительностью к рН и протекают в среде, рН которой строго регулируется (правда, некоторые колебания рН могут наблюдаться и внутри клетки, например у поверхности мембраны). Большинство внутриклеточных процессов протекает при нейтральных значениях рН, когда их скорость максимальна. Гидролазы лизосом, однако, обладают максимальной активностью при рН 5,0. Желудочный сок млекопитающих имеет весьма необычную величину рН — около 1; именно при этом рН активность фермента пепсина, начинающего переваривание белков пищи в желудке, максимальна.
В биологических системах постоянная величина рН поддерживается с помощью эффективных буферных систем, которые по своей химической природе таковы, что они препятствуют изменениям рН, возникающим в ходе метаболического образования кислот (например, молочной кислоты) и оснований (например, аммиака). Большинство буферных систем, содержащихся в клеточных жидкостях, включают фосфаты, бикарбонат, аминокислоты и белки.
Чувствительность биологических процессов к рН обусловлена целым рядом причин. Ионы водорода могут выступать в качестве катализатора ряда процессов, быть реагентом или продуктом реакции. Кроме того, при изменении рН может измениться проницаемость клеточной мембраны, а следовательно, и распределение веществ или ионов по обе ее стороны. Подобно другим биологическим структурам, мембраны содержат способные к ионизации группы, и в зависимости от степени их ионизации меняется конформация, а значит и биологическая активность молекул, в которые эти группы входят. Это прежде всего касается белков, а следовательно, ферментов. В некоторых белках небольшое изменение рН окружающей среды вызывает проявление биологической активности. На примере гемоглобина, основной функцией которого является перенос кислорода от легких к тканям, можно видеть, что при активном тканевом дыхании незначительное понижение рН в тканях в результате образования углекислоты и ионов водорода облегчает высвобождение кислорода. Процесс высвобождения кислорода сопровождается связыванием протонов гемоглобином, что увеличивает буферную емкость системы.
При изучении метаболических процессов in vitro возникает необходимость в применении «нефизиологических» буферных растворов: направленное изменение рН может значительно облегчить изучение таких типов молекул, как аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты с помощью электрофореза и ионообменной хроматографии.
Другие статьи:
Охарактеризуйте распространенность химических элементов на Земле и в ее
биосфере. В чем принципиальное единство химического состава живых организмов и
неживой природы
Примерно из ста химических элементов, встречающихся на земле, для жизни необходимы только 16, причем 4 из них: водород (Н), углерод (С), кислород (О) и азот (N), наиболее распространены в живых организмах и составляют 99% массы живого. Би ...
Мотивации
Мотив – это побуждение к совершению поведенческого акта, порожденное системой потребностей человека и с разной степенью осознаваемое либо не осознаваемое им вообще. В процессе совершения поведенческих актов мотивы, будучи динамическими об ...
Квантово-релятивистская картина мира
Предпосылками к её созданию были: открытие фотоэффекта, радиоактивности и микромира (мир элементарных частиц). Фотоэффект-испускание веществом электронов под действием электромагнитного излучения (в 1887г. обнаружен Герцем). С точки зрени ...