2015-06-04
904
Изменение концентрации протонов изменяет электростатические взаимодействия между молекулами. В основе взаимодействия большинства лигандов с белками (фермент с субстратом, гормон с рецептором, антитело с антигеном, кофермент с апоферментом) лежит электростатическое взаимодействие, которое регулируется концентрацией водородных ионов, оказывающих существенное влияние на заряды реагирующих молекул. Многочисленные связанные между собой процессы межмолекулярного взаимодействия должны быть скоординированы во времени и пространстве, и концентрация протонов, оказывающая влияние на эти процессы, должна удерживаться в узких границах.
Постоянство значения рН поддерживается буферными системами, важнейшая из них – бикарбонатная, СО2/НСО3-, при помощи нее рН в межклеточном пространстве устанавливается около 7.4. Несомненно, регуляция значения рН внутриклеточного пространства важнее, чем внеклеточного, поскольку биологические процессы протекают в основном внутриклеточно, однако наши знания о регуляции рН внутри клеток пока еще недостаточны, что заставляет при оценке кислотно-щелочного состояния ограничиваться лишь сведениями о внеклеточной составляющей этого состояния в организме. Отклонение значения рН во внеклеточном пространстве в кислую сторону (7.37) обозначается как ацидоз (ацидемия), а в щелочную (7.44) – алкалоз (алкалемия). Совместимыми с жизнью при тяжелых нарушениях считаются значения рН от 6.80 (концентрация протонов 160 нмоль/л) до 7.7 (концентрация протонов 20 нмоль/л). Это означает, что человек может перенести почти восьмикратные изменения концентрации протонов во внеклеточной жидкости, четырехкратные изменения концентрации натрия (100 – 200 моль/л) и почти такие же изменения концентрации калия (1.5 – 12 ммоль/л).
СО2 – конечный продукт метаболизма и составляющая буферных систем организма
В табл. 13.4 приводятся примеры основных реакций, ведущих к высвобождению и использованию СО2 в клетках.
Таблица 13-4. Обмен СО2 в животной клетке. Карбоксилирование и декарбоксилирование
| Карбоновая кислота | Продукт | Путь обмена | ||||
| Окислительное декарбоксилирование | ||||||
| α-Кето-пропионат (ПВК) α-Кето-глутарат α-Кето-бутират α-Кето-изокапронат α-Кето-валерианат α-Кето-β-метилвалериат α-Кето-адипат | Ацетил-КоА Сукцинил-КоА Пропионил-КоА Изовалерил-КоА Изобутирил-КоА α-Метилбутирил-КоА Глутарил-КоА | Распад глюкозы ЦТК Распад треонина и мет Распад лейцина Распад валина Распад изолейцина Распад лизина и триптофана | ||||
| Декарбоксилирование с участием дегидрогеназ | ||||||
| β-Кето-фосфоглюконат | Рибозо-5-фосфат | Пентозофосфатный путь | ||||
| β-Кето-бутират | Ацетон | Кетоновые тела | ||||
| α-Амино-β-кето адипат | Аминолевулиновая кислота | Биосинтез порфирина | ||||
| β-Кето- L -глюконат | L -ксилоза | Глюкуроновый путь | ||||
| Карбоксилирование | ||||||
| Пируват | Оксалоацетат | Глюконеогенез | ||||
| Аммиак или глутамин | Карбамоилфосфат | Синтез мочевины и пиримидиновых оснований | ||||
| Ацетил-КоА | Малонил-КоА | Синтез жирных кислот | ||||
| Пропионил-КоА | D -Метилмалонил-КоА | Распад жирных кислот | ||||
| β-Метилкротонил-КоА | β-Метилглутаконил-КоА | Синтез лейцина | ||||
| 5-Аминоимидазолил – рибозил-5-фосфат | 5-Аминоимидазолил – рибозил- карбокси -5-фосфат | Синтез пуринов | ||||
Диоксид углерода высвобождается главным образом в реакциях декарбоксилирования, катализируемого полиферментными комплексами дегидрогеназ пировиноградной кислоты, α-кетоглутаровой кислоты и α-кетокислот, образующихся из аминокислот с разветвленным углеводородным радикалом. Некоторое количество диоксида углерода образуется при декарбоксилировании декарбоксилирующими дегидрогеназами и декарбоксилазами аминокислот и лишь очень незначительное его количество может опять усваиваться в реакциях карбоксилирования с участием биотина. Основная часть, которая составляет около 24 моль СО2 в сутки выделяется легкими.
Большинство из приведенных реакций образования СО2 протекают в митохондриях, что приводит к увеличению парциального давления СО2 внутри клеток. Поскольку парциальное давление СО2 в кровеносных капиллярах ниже, образующийся СО2 переходит в кровь. Небольшое количество СО2 растворяется в воде плазмы (около 5 % всего переносимого по крови диоксида углерода) и связывается белками плазмы с образованием карбаминовой кислоты.
СО2 + Белок-NH2 ↔ Белок-NH-COOH ↔ Белок-NH-COO- + H+.
Гидратация диоксида углерода в плазме происходит медленно из-за отсутствия в плазме угольной ангидразы:
CO2 +H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-.
Протоны, которые образуются при диссоциации угольной кислоты связываются фосфатами плазмы:
H+ + HPO42- ↔ H2PO4-.
В эритроцитах благодаря высокой активности карбангидразы происходит значительное усиление гидратации диоксида углерода. Протоны, высвобождаемые при диссоциации угольной кислоты, в эритроцитах связываются гемоглобином. Анионы угольной кислоты проходят через мембрану эритроцитов по градиенту концентрации, а для соблюдения электронейтральности ионы хлора поступают в эритроцит. Основная масса (80 %) образующегося за сутки диоксида углерода переносится в форме бикарбонатного аниона.
Около 15 % СО2 взаимодействует в эритроцитах с гемоглобином с образованием карбгемоглобина. Эта реакция идет без участия катализаторов, а протоны, высвобождаемые в этой реакции связываются гемоглобином или фосфатами.
CO2+Hb-NH2 ↔ Hb-NH-COOH ↔ Hb-NH-COO- + H+
В сосудистом русле легких бикарбонат после присоединения протонов вновь становятся угольной кислотой и выделяется в форме СО2.
