Puffersysteme - Vorlesungsnotizen Seminar 1 PDF

Preview

Summary

Puffersysteme der Körpers...

Description

M13$W03$Seminar$1$ $ die$Bedeutung$der$drei$wichtigsten$physiologischen$Puffersysteme$ (Hydrogencarbonat,$Proteine,$Phosphat)$für$das$SäureDBasenDGleichgewicht$des$ menschlichen$Körpers$beschreiben$können.$ $ Allg.$Puffersysteme:$ Geschlossene$Puffersysteme:$ !$ Schwache$Säuren$und$Basen$können$hinzugefügte$Protonen$binden$bzw.$ verloren$gegangene$ersetzen$D>$Dämpfen$Änderung$des$pHDWerts$ !$ pHDWert$abhängig$ !$ Bsp.:$Summe$von$[HA]$und$[A–]$konstant,$d.$h.$wenn$A–$durch$Zugabe$von$H+$ verbraucht$wird,$entsteht$eine$äquimolare$Menge$von$HA.$Umgekehrt$entsteht$ nach$Wegnahme$von$H+$(z.$B.$bei$Zugabe$von$NaOH)$genauso$viel$A–$wie$ HA$verbraucht$wird$ !$ Pufferkapazität$β:$wie$viel$mol$H+$man$zur$Pufferlösung$zugeben$bzw.$ entfernen$muss$damit$pH$um$eine$Einheit$zu$bzw.$abnimmt$

$ Offenes$Puffersystem:$ !$ [HA]$oder/und$[A–]$variieren$unabhängig$voneinander$D>$nicht$konstant$ !$ Häufig$wenn$[HA]$oder/und$[A–]$nicht$nur$eine$Funktion$des$pH$sind,$sondern$ durch$Ausscheidung$aus$dem$Organismus$oder$durch$Zufuhr$von$außen$in$ den$Körper$verändert$werden$können$ $

$ Physiologische$Puffersysteme:$ !$ Enge$Normgrenzen$für$H+$D>$Notwendigkeit$effizienter$Mechanismus$ Abfangen$plötzlich$anfallender$H+DIonen$D>$Puffer$ Phosphatpuffer,

!$ Anorganisches$Phosphat$liegt$überwiegend$als$Hydrogenphosphat$vor$im$ Gleichgewicht$mit$Dihydrogenphsophat$$ $ H2PO4–$$H+$+$HPO4^2$–;;$pK'a$=$6,8$ !$ Geschlossenes$Puffersystem$ !$ liegt$weniger$als$eine$pHDEinheit$vom$arteriellen$pH$(7,4)$entfernt$D>$günstig$ für$Pufferkapazität$ !$ Gesamtkonzentration$von$Hydrogencarbonat$und$Dihydrogencarbonat$ligt$im$ Blutplasma$bei$1D2$mmol/l$D>$geringe$Konzentration$D>$niedrige$Pufferwirkung$ !$ Wichtig$für:$ o$ Konstanthaltung$intrazellulärer$pHDWert$ o$ Ausscheidung$von$freiem$H+$$in$der$Niere$ Proteinpuffer,(Nichtbicarbonat3Puffer), !$ Geschlossenes$Puffersystem$D>$Gesamtkonzentration$im$Blutplasma$oder$ Erys$ändert$sich$nicht$ !$ Macht$etwa$50%$der$Gesamtpufferkapazität$des$Blutes$aus$(20D28$mmol/l)$ !$ Praktisch$alle$Plasmaproteine$können$als$Puffer$fungieren$ !$ >$meist$mehr$negative$als$positive$Ladungen$ !$ wichtigste:$Albumin$und$Hämoglobin$ !$ Bsp.:$Imidazolringe$des$Histidins$$ o$ ionisierbare$Seitengruppen$$ o$ pKDWert$des$Rings$bei$freiem$Imidazol$=6$(in$Proteinen$integriert$ist$ dieser$nicht$exakt$bestimmbar)$ $ Bicarbonatpuffer, !$ $ !$ Offenes$Puffersystem$ !$ Das$BikarbonatDPuffersystem$besteht$aus$CO2$und$HCO3–:$$ CO2$+$H2O$⇌$H+$+$HCO3–$ !$ Konzentration$so$hoch$wie$Proteinpuffersystem$ !$ pKDWert$liegt$mit$6,1$relativ$vom$physiologischen$pHDWert$entfernt$D>$wäre$als$ geschlossenes$Puffersystem$wirkungslos$ !$ da$Umgebungsluft$beliebige$Mengen$an$C02$aufnehmen$kann,$wird$C02D Konzetration$im$arteriellen$Blut$bei$entsprechender$Anpassung$der$Atmung$ konstant$bei$40$mmHg$gehalten$$ !$ >$Puffersystem$nicht$limitiert$durch$Anreicherung$seiner$Reaktionsprodukte$$ $ $ am$Beispiel$des$Kohlendioxid/BicarbonatDPuffers$den$Zusammenhang$zwischen$ Konzentration$und$pHDWert$(HendersonDHasselbalchDGleichung)$quantitativ$erstellen$ können$ $ HendersonDHasselbachDGleichung:$ !$ Verhältnis$von$Säureanionen$zu$undissoziierter$Säure$ !$ Durch$Logarithmieren$und$Umformen$aus$Massenwirkungsgesetz$ "# $pH$=$pK’$+$log10$ $ $" $ pK‘$=$log10$(K‘)$

è฀$ Es$lässt$sich$erkennen$dass$eine$Zugabe$von$H+$bzw.$AD$nur$zu$kleiner$ Änderung$des$pHDWert$führt,$wenn$Konzentration$des$SäureDAnions$gleich$der$ Konzentration$der$undissoziierten$Säure$ !$ Jeder$Puffer$puffert$besonders$gut$wenn$bei$seinem$eigenen$spezifischen$pK‘D Wert$(negative$dekadische$Logarithmus$der$Dissoziationskonstante$einer$ schwachen$Säure)$ !$ >$je$größer$der$Unterschied$der$Konzentrationen$von$Säureanion$und$ undissoziierter$Säure$$(D>$je$weiter$aktuelle$pH$von$pK‘DWert$des$Puffers$ entfernt)$desto$geringer$Fähigkeit$den$pHDWert$konstant$zu$halten$ !$ >$in$geschlossenen$Puffersystemen$hat$Pufferkurve$immer$SDförmigen$Verlauf$ $

$ $ BikarbonatDPuffersystem$ !$ Kapazität$lässt$sich$berechnen$mit:$βoffen$=$2,3$x$[HCO3–]$D>$ergibt$sich$aus$ erster$Ableitung$der$HendersonDHasselbachDGleichung$für$das$BikarbonatD Puffersystem,$wenn$der$PCO2$konstant$gehalten$wird$(pH=6,1$+$log10$ [HCO3–]/[HA]$konstant)$ !$ Bei$konstantem$pC02$nimmt$Konzentration$von$HC03D$$mit$steigendem$pHD Wert$exponentiell$zu$D>$entsprechend$erhöht$sich$Pufferkapazität$ !$ >$besonders$wirksamer$Schutz$gegen$Alkalose$(umgekehrt$nimmt$Effektivität$ bei$Abfall$des$pHDWert$ab)$ $ pH/HC03D$DDiagramm$ !$ pHDWerte$werden$mit$korrelierender$HC03DKonzentration$in$ Koordinatensystem$eingetragen$ !$ Pufferkurve$des$CO2/HCO3$–DPufferpaars$erhält$man,$indem$man$bei$ konstantem$PCO2$von$40mmHg$unterschiedliche$pHDWerte$in$die$HendersonD HasselbalchDGleichung$einsetzt$und$so$die$entsprechende$ Bikarbonatkonzentration$errechnet$ $

$ !$ HCO3–DKonzentration,$die$sich$in$einer$Blutprobe$mit$einem$PCO2$von$ 40mmHg,$einer$Temperatur$von$37°C$und$einer$O2DSättigung$von$100%$ (Standardbedingungen)$einstellt,$bezeichnet$man$als$Standardbikarbonat$ !$ Bei$Erhöhung$C02$D>$H+$und$Hc03D$steigen$an$D>$HC03D$kann$nicht$als$Puffer$ dienen$da$es$selbst$aus$Säuredissoziation$hervorgegangen$ist$D>$H+DIonen$ werden$von$Nichtbikarbonatpuffern$gebunden$(nicht$alle)$D>$pH$fällt$ab$ !$ Konzentration$der$Gesamtpufferbasen$bleibt$unverändert$ $ $ die$Säurestärke$(pKsDWerte)$interpretieren$können$ $ $ !$ Säurekonstante$Ks$D>$Stoffkonstante,$gibt$an$in$welchem$Maße$ein$Stoff$bei$ einer$Gleichgewichtsreaktion$mit$Wasser$unter$Proteolyse$reagiert$ !$ pKs$ist$der$negative$dekadische$Logarithmus$der$Säurekonstante$ $...