آب : H2O
آب یک مولکول بسیار حیاتی است و تقریباً 2/3 از کره زمین را آب تشکیل می دهد . رقص زندگی در آب است و اکثر واکنش های حیاتی در آب صورت می گیرد . آب شکل دهنده سلول هاست و از لحاظ طبقه بندی مواد مغذی در هیچ دسته ای قرار نمی گیرد یعنی جزء لیپید و پروتئین و ... نیست ولی ماده ای بسیار ضروری است . در نتیجه ی برخی از فعالیت های متابولیکی بدن آب تولید می شود . مثلاً وقتی 2 مولکول گلوکز با هم ترکیب می شوند .
خواص آب
آب یک ماده ی بی اثر و بی رنگ خنثی است . وزن مولکولی آب 18 است ین ماده به صورت مایع است در حالیکه سایر ترکیبات شیمیایی که دارای وزن مولکولی مشابه یا بیشتر هستند نمی توانند به حالت مایع در آیند ( تنها در 183-) . مثلاً SH2=24 و O2=32 این مولکول ها با این دارای وزن مولکولی بیشتری از آب هستند اما به صورت گازی هستند.
زاویه ی بین H وO در مولکول آب 104 درجه است . چون پیوند در اینجا کووالانس است و جفت الکترون ها در جای خود ثابت نیستند به دور مداری در حال چرخش هستند . زمانی که الکترون اطراف اتم اکسیژن در چرخش است ، اکسیژن مقداری جزئی بار منفی گرفته و اتم های هیدروژن به علت فقدان الکترون دارای بار منفی می شوند.
Jگرمای نهان تبخیر : مقدار کالری که جذب می شود تا 1 گرم آب از نقطه ی جوش خود به حالت تبخیر در آید . در هنگام تبخیر مقدار زیادی حرارت آزاد می شود . این مساله در دامپروری داراری اهمیت است. برخی از حیوانات از جمله طیور غدد عرق ندارند و نمی توانند سیستم بدن را در هوای گرم تنظیم کنند و بوسیله ی تبخیر آب مقدار زیادی حرارت از بدن دفع می شود ... .
J گرمای نهان ذوب : مقدار حرارت آزاد شده ای که آب در موقع یخ بندان ایجاد می کند . این مساله از لحاظ بیولوژیکی حائز اهمیت است . در هنگام یخ زدن فاصله ی بین پیوندها ی هیدروژنی آب زیاد می شود و بنا بر این چگالی یخ کم می شود و روی آب قرار می گیرد و در زیر یخ ، دمای آب تغییر فاحشی نمی کند ...
- آب در 4 درجه بیشترین دانسیته را دارد در گرم تر از آن چگالی افزایش یافته و در کمتر از آن چگالی کاهش می یابد .
- نیروی جاذبه ی مولکولی ç این امکان را به مواد می دهد که در آب حل شوند . چون آب به خاطر بار جزئی موجود در آن خاصیت دو قطبی می یابد و ... مثلاً هنگامی که Na را در آب حل می کنیم یون های Cl دور هیدروژن و یون های سدیم دور اکسیژن را می گیرند . به این وضعیت Sounding shell یا Salvation shell گوییم . ç آب از مهمترین حلال های طبیعت است .
تعادل اسید و باز :
اسید و باز آرنیوس : به ماده ای که H+ آزاد می کند ، اسید و به ماده ای که OH- آزاد کند باز گفته می شود.
اسید و باز برونستد- لوری : ماده ای که H+ آزاد کند اسید و ماده ای که H+ بگیرد ، باز است . هر چه
ماده ای H+ بیشتری تولید کند ، اسید قوی تر و هرچه به H+ میل ترکیبی بیشتری داشته باشد ، باز قوی تری است .
- هر چه یک اسید قوی تر باشد ، آنیون حاصل از آن میل کمتری به H+ دارد .
- به یک جفت اسید و باز که اختلاف آن ها مربوط به یک H+ است ، اسید و باز مزدوج یا وابسته گفته می شود . (مثل HCl و Cl-)
- با وجودی که تقریباً همه ی انیون ها باز محسوب می شوند ولی همه ی کاتیون ها اسید محسوب
نمی شوند به عنوان مثال کاتیون های فلزی مثل Na+ و K+ و ... قادر به جذب یا آزاد کردن پروتون نیستند بنا براین نه اسیدند و نه بازند.
مفهوم pH :
از آن جا که غلظت H+ بسیار کم است ، برای نشان دادن غلظت آن از مفهوم pH استفاده می کنیم .
(Power of Hydrogen). که طبق تعریف برابر منهای لگاریتم غلظت H+ است . بنا بر این رابطه ی بین pH و H+ معکوس است ç هر چه اسید قوی تر ، pH کمتر .
مفهوم PK :
بین pH و PK رابطه ی مستقیم وجود دارد . هر چه اسید کاهش یابد ، PK نیز کاهش می یابد .
K+ = [A-] [H+] / [HA]
pH مایعات بدن:
- وقتی در مورد تنظیم pH و به طور کلی تعادل اسید و باز در حالت سلامت و بیماری صحبت می شود ، منظور pH پلاسما ست .
- محدوده ی طبیعی pH پلاسما : 7.3 تا 7.5 است .
اهمیت تعادل اسید و باز در بدن :
مولکول های زیستی معمولاً نسبت به تغییرات pH حساس اند . از آن جایی که اکثر مواد غذایی تولید H+ می کنند و روزانه تولید اسید از طرق مختلفی صورت می گیرد ، جانداران با مکانیسم های خاصی سعی در ثبات pH محیط داخلی بدن دارند.
1- تامپون ها یا بافر ها 2- ریه 3- کلیه
تعریف بافر :
به مجموعه ی یک اسید ضعیف و نمک آن و یا یک اسید قوی و نمک آن با یک باز ضعیف ، بافر گفته می شود . این ترکیبات به علت داشتن یون مشترک از تغییرات شدید pH جلوگیری می کنند.
به کمک معادله ی هندرسن – هاسلباخ می توان pH یک بافر که PK اسید آن معلوم است را در نسبت های مختلف غلظت اسید و باز تعیین کرد .
* بهترین بافر : بافری است که PK اسید آن برابر pH مورد نظر است .
* محدوده ی بافری ک به محدوده ای از pH گفته می شود که بافر بتواند خاصیت بافری خود را نشان بدهد این محدوده برابر است با PK +1 و PK – 1 .
* قدرت بافری ک به غلظت اجزای سازنده بافر گفته می شود . هر چه غلظت اجزای فوق بیشتر باشد مقدار بیشتری اسید و باز قوی را می تواند خنثی بکند .
مهم ترین بافر های خون :
1- بافر کربنات- بی کربنات [HCO3-] / [H2CO3] .
غلظت اجزای آن بالاست ولی PK اسید آن کمی خارج از محدوده ی pH فیزیولوژیک است . تنظیم اجزای این بافر از طریق تنفس صورت می گیرد .
2- بافر فسفات [HPO4-] / [H2PO4] .
غلظت اجزای سازنده آن کم و PK اسید آن 7 است . تنظیم اجزای این بافر مستقیماً از طریق کلیه صورت می گیرد .
PBS = Phosphate Buffered Saline
3- ترکیبات اسید های آمینه و پروتئین ها ç نقش این بافر ها درون سلول است .
4- آمونیاک ...
مهمترین بافر پلاسما = بی کربنات و پروتئین
مهمترین بافر های گویچه های قرمز = بی کربنات و همو گلو بین
دومین سد دفاعی : ریه
ریه ها از دو طریق اسید و باز را تنظیم می کنند
1- حساسیت مرکز تنفس موجود در هیپو تالاموس به تغییرات کم pH و CO2 ، مثلاً اگر فشار CO2 تنها 0.2 درصد افزایش یابد ، میزان تهویه به دلیل تحریک مرکز تنفسی 100% افزایش می یابد .
2- CO2 موجود در خون به راحتی از غشای کیسه های هوایی ریه عبور کرده و از طریق باز دم خارج می شود.
سومین سد دفاعی : کلیه ها
کلیه ها از ٣ طریق باعث تنظیم pH خون می شوند :
1- دفع مستقیم اسید لاکتیک و ... از طریق فیلتراسیون گلومرولی .
2- ترشح یون H+ از طریق لوله های خمیده نزدیک ( همراه با باز جذب سدیم )
3- باز جذب بی کربنات
اسیدوز:
pH خون در این حالت کمتر از محدوده ی طبیعی می شود. هر چند PK ثابت است ولی نسبت بی کربنات به اسید کربنیک کوچکتر از حالت طبیعی می شود .
اسیدوز متابولیک = کاهش غلظت بی کربنات اسیدوز تنفسی = افزایش فشار CO2
آلکالوز:
pH خون بیشتر از محدوده ی طبیعی می شود .
