Su, Asit, Baz ve Tampon Sistemler - Tıp 1001 2 - PDF

T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜLYA IRMAK AKSAN  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Biyokimyasal açıdan suyun önemi Canlıların yapısında en çok bulunan madde. Pek çok organik ve...

T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜLYA IRMAK AKSAN  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Biyokimyasal açıdan suyun önemi Canlıların yapısında en çok bulunan madde. Pek çok organik ve inorganik molekülü çözebilme yeteneğine sahiptir. Kan bileşenlerinin çözünme ve taşınmasından, farklı maddelerin hücre bölümleri arasında ve hücre içine hareketleri için uygun ortamın sağlanmasından sorumludur. Besinlerin emilimi, sindirimi, sindirim sonucunda oluşan ürünlerin taşınması ve ayrıca vücut ısınının korunmasında katkıda bulunur. T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI 3 4  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Osmotik basınç Suyun kompartmanlar arasında yer değiştirmesini sağlar. Normal şartlarda su molekülü yüksek yoğunlukta bulunduğu yerden düşük yoğunlukta bulunduğu yere yarı geçirgen zar aracılığı ile taşınır. Osmotik basınç, suyun membran boyunca olan hareketini engelleyebilmek için gerekli dirençtir. 5  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Onkotik basınç Kapillerin damarların arteryal uçlarında sıvıların zıt yönde hareketini düzenleyen hidrostatik basınç ile dengelenir. Plazma protein konsantrasyonunda azalma onkotik basınçta azalmaya neden olup, sıvıların ekstrasellüler boşluğa geçmesi ve ödem oluşumu ile sonuçlanır. 6  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Canlı bir hücre, konsantrasyonu hücre sitoplamik konsantrasyonu ile aynı olan izotonik bir ortamda iken, hücre içi ile ortam arasında konsantrasyon dengesi sağlanmış olur. Osmoz olmaz. Konsantrasyonu hücrenin sitoplazmik konsantrasyonundan daha yüksek hipertonik bir ortama konulduğunda ortama su geçişi gerçekleşir ve hücrenin hacimi küçülür büzülür. Konsantrasyonu hücrenin sitoplazmik konsantrasyonundan daha düşük hipotonik bir ortama konulduğunda ortamdan hücre içine su geçişi gerçekleşir ve hücre şişer. 7  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Akuaporinler Su molekülünün plazma membranından hızlı bir şekilde geçişinden sorumlu integral proteinleri, Peter Agre (2003, Nobel) 8  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Alım, sıvıların ve yiyeceklerin mevcudiyetinden, susuzluktan ve açlıktan etkilenir. Solunum ve buharlaşma oranları ve idrar hacmi su kaybını etkiler. Vücut, diğer su kaybı türlerindeki değişiklikleri ve alımdaki değişiklikleri telafi etmek için idrarla atılım hacmini ayarlar. Aldosteron ve ADH hormonları, susuzluğu ve sodyum ve su dengesini düzenleyen mekanizmalar aracılığıyla kan hacmini ve ozmolaliteyi izlemeye yardımcı olur. 9  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Su dengesinin düzenlenmesi, susamayı kontrol eden hipotalamik mekanizmalara, antidiüretik hormona (ADH), suyun böbrekler tarafından tutulması veya atılmasına, buharlaşma ile kaybına bağlıdır. İdrarı konsantre etme veya hücre dışı sıvı ozmolaritesindeki hafif değişikliklere adapte olma yetersizliğine yol açan nefrojenik diyabet insipidus, renal tübüler ozmoreseptörlerin ADH'ye tepkisizliğinden kaynaklanır. 10  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Molekül ağırlığı: 18 g/mol Polar maddeler ve iyonlar için mükemmel çözücü. H+ ve OH-'ye zayıf iyonlaşabilir. H2O, H+ ve OH- tüm hücre bileşenlerinin (proteinler, nükleik asitler, lipidler ve organeller) yapısını ve organizasyonunu etkiler. Hidrojen bağı Polarite suyun canlı madde için evrensel çözücü olmasına neden olur. 11  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Suyun fiziksel özellikleri Yüksek erime noktası Yüksek kaynama noktası Yüksek buharlaşma ısısı Yüksek yüzey gerilimi Yüksek dielektrik sabiti (diğer küçük moleküler hidritlerle karşılaştırıldığında.) Bu özellikler sıvı suya büyük iç kohezyon sağlayan, bitişik su molekülleri arasındaki çekimlerin sonucudur. H2O molekülünün elektron yapısı bu moleküller arası çekimlerin nedenini ortaya koymaktadır. 12  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Çözelti-çözünürlük Çözelti: 2 veya daha fazla maddenin homojen karışımı Çözünen: Başka bir karışımda çözünen madde. Çözünürlük: Bir maddenin bir çözücü içinde çözülebilme özelliği. Çözünürlük, çözünen ve çözücü partikülleri arasındaki etkileşime bağlıdır. Suda çözünen maddeler genellikle polar veya iyoniktir: hidrofilik = suyu seven Polar olmayan maddeler suda çözünmezler hidrofobik = sudan nefret eden 13  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Su molekülü lineer değil, bükülmüştür. Su molekülünde bağ açısı (H-O-H), 104.5°’dir. Yük dağılımı asimetriktir. Oksijen çekirdeği, Hidrojen çekirdeğinden elektron çeker. H çekirdeklerinin etrafındaki bölge net pozitif yüke sahiptir. Elektriksel olarak polar bir yapıya sahiptir. Bağ açısının 109.5°’den küçük olmasının nedeni, oksijenin bağ yapmayan elektron bulutlarının birbirini itmesinin yol açtığı daralmadır. T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI 15  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Oksijen atomunun elekronegativitesi hidrojene göre yüksektir (O:3.5,H:2.1). Bağ elektronları H’e kıyasla O’e daha yakın bulunduğundan O atomu kısmi negatif yük (-), H ise kısmi pozitif yük (+) taşır.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI BAĞLAR Kovalent Bağ: Atomlar arasında, son katmanlarda yer alan elektronlardan bazılarının ortaklaşa kullanılmasıyla oluşan bağ çeşididir.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI BAĞLAR Hidrojen Bağ Elektronegativitesi yüksek bir atoma (F, N, O) kovalent bağ ile bağlanması nedeniyle elektronca fakirleşen hidrojen atomunun, diğer bir moleküldeki yine elektronegativitesi yüksek bir atom (F, N, O) tarafından eş zamanlı çekilmesi ile ortaya çıkmaktadır. Bir çeşit dipol-dipol etkileşmesi sonucu ortaya çıkan hidrojen bağında, bir hidrojen atomu iki elektronegatif atom arasındadır. Ancak bunlardan birine kovalent bağ ile diğerine ise elektrostatik çekim kuvveti ile bağlıdır.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Vektörel bir çokluk olan dipol momenti, molekülün yük dağılımındaki farkın derecesini göstermektedir. Su molekülü açısal bir yapıya sahip olduğu için dipol momenti yüksektir. Bu nedenle, bir su molekülü yapısındaki O atomu ile diğer bir su molekülünün H’i arasında hidrojen bağı olarak adlandırılan moleküller arası bir kuvvet oluşmaktadır. T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Hidrojen Bağları T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Hidrojen Bağları 21  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Polar bir molekül olan su, NaCl gibi iyonik bileşikleri çözebilme özelliğine sahiptir. Su, NaCl gibi iyonik bileşiklerde iyonların (Na+,Cl-) etrafını çevreleyen ve aralarındaki elektrostatik çekimi azaltarak onların yeniden kristal bir ağ oluşturmasını önler. Suda çözünmüş Na+ ve Cl- iyonları hidrate olurlar.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Nötralizasyon Sulu ortamlarda asit ve bazlar karıştıkları zaman birbirlerinin özelliklerini ortadan kaldırarak tuz oluştururlar. Buna nötralizasyon denir. Nötralizasyon reaksiyonunda, asitten ayrılan H+, bazdan ayrılan OH- ile birleşerek H2O oluşturur. Asit ve baz harcanır ve her ikisinin de tükendiği bu noktaya ekivalans noktası denir. H+ + Cl- + Na+ + OH- Na+ + Cl- + H2O asit baz tuz su  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Amfipatik bileşikler Suda kolayca çözünen biyomoleküller hidrofilik moleküller , polar olmayan ve suda çözünmeyen moleküller hidrofobik moleküller adını almaktadır. Yapılarında hem polar veya iyonik (hidrofilik gruplar) hem de polar olmayan uzun karbon zinciri (hidrofobik gruplar) içeren bileşikler ise amfipatik bileşikler olarak adlandırılırlar.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI SU MÜKEMMEL BİR NÜKLEOFİLDİR! Metabolik reaksiyonlar genellikle, nükleofil olarak adlandırılan elektronca zengin moleküller üzerinde bulunan eşleşmemiş elektron çiftlerinin, elektrofil olarak adlandırılan elektronca fakir atomlara saldırmasıyla oluşur. Nükleofiller ve elektrofiller illa bir negatif veya pozitif yüke sahip değildir. İki eşleşmemiş sp3 elektron çifti kısmi negatif yük taşıyan su, mükemmel bir nükleofildir. Biyolojik öneme sahip diğer nükleofiller, fosfatlar, alkoller ve karboksilik asitlerin oksijen atomları; tiyollerin sülfürü; ve aminlerin nitrojen atomu ve histidinin imidazol halkası dır. Yaygın elektrofiller, amitler, esterler, aldehitler ve ketonlardaki karbonil karbonlarını ve fosfoesterlerin fosfor atomlarını içerir. 25  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Suyun nükleofilik saldırısı tipik olarak biyomolekülleri bir arada tutan amid, glikozit veya ester bağlarının bölünmesiyle sonuçlanır. (hidroliz) Monomer birimleri proteinler veya glikojen gibi biyomoleküller oluşturmak üzere bir araya geldiklerinde, örneğin iki amino asit arasında bir peptit bağının oluşumu sırasında su ürün olarak açığa çıkar. Hidroliz termodinamik olarak tercih edilen bir reaksiyon iken, polipeptitlerin ve oligonükleotitlerin amid ve fosfoester bağları hücrenin sulu ortamında stabildir. 26  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Bu görünüşte paradoksal davranış, bir reaksiyonun denge noktasını yöneten termodinamiğin, denge noktasına doğru ilerleyeceği hızı belirlemediği gerçeğini yansıtır. Hücrede, enzim adı verilen protein katalizörleri, gerektiğinde hidrolitik reaksiyonların hızını hızlandırır. Proteazlar, proteinlerin bileşenlerini oluşturan amino asitlere hidrolizini katalize ederken, nükleazlar DNA ve RNA'daki fosfoester bağlarının hidrolizini katalize eder. Sadece uygun zamanlarda hareket etmelerini sağlamak için bu enzimlerin aktivitelerinin dikkatli kontrolü gereklidir. 27  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Suyun Disosiasyonu Su molekülleri bulundukları ortamda proton alıcı veya verici olarak davranarak hidronyum veya hidroksil iyonlarına ayrışır. Bu ayrışma geriye dönüşümlüdür. H2O+H2O↔ H3O+ + OH- 28  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI ASİT VE BAZLAR J.N. Bronsted ve T.M. Lowry’e göre ; Asit: proton verici (donör) Baz: proton alıcı (akseptör) Asit-baz teorisine göre asitler proton (H+ iyonu) veren maddeler, bazların ise proton alan maddeler olarak tanımlanmıştır. Su molekülü reaksiyona girdiği bileşenin türüne göre asit ya da baz gibi davranmaktadır.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI SUYUN ASİT OLARAK DAVRANMASI NH3 (baz) +H2O (asit)↔ NH4+OH- Reaksiyonda H2O’nun asit olarak verdiği proton NH3 tarafından alınır ve amonyum iyonu oluşur. NH3 ise baz olarak davranır. Bu reaksiyon geriye dönüşümlüdür. NH3/NH4+ ve H2O/OH- kombinasyonun herbiri konjuge çift olarak adlandırılır. H2O asit, OH- ise onun konjuge bazıdır.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI SUYUN BAZ OLARAK DAVRANMASI CH3COOH+H2O↔CH3COO-+H3O+ Asetat iyonu, asetik asidin konjuge bazıdır. H2O baz olarak davranmaktadır. Konjuge asidi hidronyum iyonudur (H3O+). Hem elektron alma hem de verme özelliğine sahip bileşiklere amfoter bileşik denir. (H2PO4-).  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Denge kat sayısı Herhangi bir kimyasal reaksiyonun denge durumu Kdenge ile gösterilir. Bu katsayı reaksiyona katılan substrat ve reaksiyon sonucu oluşan ürünlerin molar konsantrasyonu ile bağlantılıdır. T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI 33  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI pH pH, H iyon KONSANTRASYONUNUN negatif logaritmasıdır. Sorensen, 1909 pH= -log [H+] 25°C, saf suyun pH’ı; pH= -log[H+] = -log10-7 = -(-7) = 7.0 34 T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI 35  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Asit ve Bazlar Bir çözeltinin pH’ı 7’den küçükse (H+ iyonu konsantrasyonu daha yüksek), çözelti asidiktir. Bir çözeltinin pH’ı 7’den büyükse (H+ iyonu konsantrasyonu daha düşük), çözelti alkali veya baziktir. 36 T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI 37  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Zayıf asitlerin pKa değerleri, titrasyon grafiği çizilerek bulunabilir. Bunun için, belirli volümdeki asit örneği, konsantrasyonu bilinen kuvvetli bir baz (genellikle NaOH) çözeltisi ile titre edilir. NaOH, bir indikatör boya veya bir pH metre ile nötralizasyon sağlandığı anlaşılıncaya kadar, aside yavaş yavaş ilave edilir. Asidin belirli bir volümüne belirli miktarlarda NaOH eklendikçe pH ölçümü yapılır. T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Henderson – Hesselbach Denklemi Henderson-Hasselbalch denklemi, herhangi bir pH’da proton donör ve proton akseptörün molar oranını hesaplamaya yarar.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Zayıf bir asit (proton donörü) ve onun konjuge bazını (proton akseptörü) içeren sistemler tampon sistemi olarak bilinirler. Henderson-Hasselbalch denklemi Tamponlar, küçük miktarlarda asit (H+) veya baz (OH) eklendiğinde pH değişikliklerine karşı koyma eğiliminde olan sulu sistemlerdir.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Tamponlar, küçük miktarlarda asit (H+) veya baz (OH) eklendiğinde pH değişikliklerine karşı koyma eğiliminde olan sulu sistemlerdir.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Vücuttaki Asit Tipleri Başlıca asit kaynakları: Uçucu asitler: Solüsyondan ayrılıp atmosfere karışabilen asitler (Karbonik asit). Organik asitler: Aerobik metabolizmanın yan ürünleri ya da bileşenleri.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Asit Baz Dengesi, pH pH değeri H+ iyonlarının yoğunluğunu gösterir. Kanın pH’ı 7.4 tür ve bunun sabit tutulması şarttır. Çünkü;  Protein moleküllerinin yapısı,  Enzim aktiviteleri  Elektrolit dağılımı  Membran geçirgenliği pH’a bağlıdır.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI pH nın sabit tutulması başlıca 3 mekanizma ile sağlanır; 1-Vücut tampon sistemleri (ekstraselüler ve intraselüler); Bikarbonat, fosfat, hemoglobin, protein vb. (Saniyeler içerisinde etkisini gösterir) 2-Solunum sistemi; Akciğerler yoluyla CO2 atılımının kontrolü. (Dakikalar içerisinde etkisini gösterir) 3-Üriner sistem; Böbrekler gerekirse geri emmek ve gerekirse salgılamak yoluyla H+ ve HCO3- iyonlarının kandaki konsantrasyonlarını düzenleme yeteneğine sahiptir. (Saatler, günler içerisinde etkisini gösterir).  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Bikarbonat-karbonik asit sistemi ekstrasellüler sıvıda en önemli tampon sistemidir. Öğeleri karbonik asit ve bikarbonattır. Hem karbonik asit, hem de bikarbonat konsantrasyonları vücuttaki fizyolojik mekanizmalar tarafından ayrı ayrı düzenlendiğinden, tamponlama gücü çok yüksektir. HCO3- zayıf baz olarak etki eder (H tutan) H2CO3 zayıf asid olarak etki eder (H veren)  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Bikarbonat-karbonik asit sistemi ekstrasellüler sıvıda en önemli tampon sistemidir.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Bikarbonat-karbonik asit sistemi ekstrasellüler sıvıda en önemli tampon sistemidir.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI HEMOGLOBİN TAMPON SİSTEMİ İntraselüler sıvı ’nın yaklaşık %5’ini oluşturan eritrositler normalde plazma içerisinde bulunur. Bu hücreler yoğun olarak hemoglobin ve karbonik anhidraz enzimi içerir. Bu hücrelerin (eritrositlerin) ekstraselüler sıvı’da pH’a önemli bir etkisi vardır, çünkü bu hücreler CO2’ i absorblar ve onu karbonik aside dönüştürür. CO2 eritosit membranını kolaylıkla geçer.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI HEMOGLOBİN TAMPON SİSTEMİ Karbonik asit disosiye olurken HCO3 iyonları klorür kayması yoluyla plazmaya geçer. H iyonları ise hemoglobin molekülleri tarafından tamponlanır. Bu sistem, hemoglobin tampon sistem olarak adlandırılır. Hb tampon sistemi, plazma CO2 düzeyi düştüğünde ya da yükseldiğinde ortaya çıkan şiddetli pH değişikliklerinin engellenmesinde yardımcı olur.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI FOSFAT TAMPON SİSTEMİ Önemli bir idrar tamponudur. Proton vericisi olarak H2PO4- (dihidrojen fosfat) proton alıcısı olarak HPO4-2 (monohidrojen fosfat) bulunur. pH 6.4-7.4 arasında tamponlama yapar. Dihidrojen fosfat eğer asidik bir solüsyonda ise reaksiyon sola gider. Dihidrojen fosfat bazik bir solüsyonda ise reaksiyon sağa doğru gider. Bu nedenle fosfat tampon sistemi içinde bulunduğu solüsyona bağlı olarak hidrojen iyonu alır ya da verir.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI PROTEİN TAMPON SİSTEMİ ESS ve ISS’de pH düzenlenmesini yapan bir tampon sistemdir. Proteinler tampon olarak görev yaparlar. Bikarbonat iyonu oluşumu sırasında ortaya çıkan H+ iyonları kan proteinleri tarafından absorbe edilir.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Plazma proteinleri kanın tamponlama kapasitesini arttırırlar. İnterstisyel sıvı pH’nın düzenlenmesine yardımcı ekstrasellüler protein fibrilleri ve amino asitler içerir. Aktive bir hücrenin ISS’da yapısal proteinler ve diğer proteinler hücresel metabolizma ile oluşturulan piruvik asit, laktik asit gibi organik asitlerin neden olduğu yıkıcı pH değişikliklerini önlerler. ESS ile ISS arasında bir değişim olduğu için protein tampon sistemi ESS’nın pH’ının stabilitesine de yardımcı olur. Örneğin: ESS’nın pH’ı azaldığı zaman hücreler H iyonlarını ESS’nın dışına pompalarlar ya da ISS’ya alarak hücre içi proteinlerle tamponlanmasına neden olurlar. ESS’nın pH’ı arttığında hücre içinden hücre dışına H iyonları pompalanır.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Özet; CO2’in fiksasyonundan oluşan H+ ve metabolizma süresince oluşturulan asitler başlıca protein –eritrositlerde hemoglobin-(amino asit) ve Fosfatlardan oluşan tamponlar tarafından kompanse edilir. Eğer pH yükselirse (H+ derişimi azalırsa), Amino asitlerin karboksil grupları zayıf bir asit gibi etkiyerek ortama H+ iyonu verir ve pH korunur. Eğer pH düşerse (H+ derişimi artarsa), amino grupları zayıf bir baz gibi etkiyerek ortamdan H+ iyonlarını çekerler ve pH korunur. Hemoglobin ise PCO2 basıncı azaldığı veya düştüğünde pH’daki değişimleri engellemektedir.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI SOLUNUM Solunum sisteminin asıl görevi kan gazları diye tanımlanan oksijen(O 2) ve karbondioksit (CO2) in değiştirilmesidir. Akciğerler, karbondioksidi uzaklaştırarak ya da muhafaza ederek asit-baz dengesinin düzenlenmesinde yardımcı olur. pH solunum hızının ve derinliğinin değişimi ile düzenlenebilir. Hiperventilasyon: solunumun hızının ve derinliğinin artması. Kanda CO 2 azalır, pH  Hipoventilasyon: solunum hızının ve derinliğinin azalması. Kanda CO 2 artar, pH   T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI SOLUNUM Akciğerde hava değişiminin (ventilasyon) sağlanması, Alveollerde kan gazlarının değişimi, Kanda gazların taşınması, Dokuda gazların değişimi ve Hücrede solunum.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI AKCİĞERLER Gazların taşınma işlemi akciğerlerde tersine döner. CO2 akciğerlerde düşük olduğu için karbondioksit ekstrasellüler sıvıdan alveollere difüze olur. Bikarbonat gradient farkından dolayı eritrositlere difüze olur ve klorür iyonu ekstrasellüler ortama döner. Alveollerde O2 venöz kana göre daha yüksek olduğu için oksijen eritrositlere difüze olarak Hb’e bağlanır. Karbondioksit sudan başka Hb ile de reaksiyona girerek karbominohemoglobin (HbCO2) bileşiğini oluşturarak da salınır. T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI BÖBREKLER Böbrekler, bikarbonat geri emilimi ve H+ iyonları ile asidik anyonların atılması başta olmak üzere asit-baz dengesinde bir çok önemli role sahiptir. Asidik durumlarda H+ iyonlarının fazlalığı atılır, daha fazla bikarbonat iyonları yapılır ve kan pH’ı artar. Bazik durumlarda bikarbonat iyonları elimine edilerek kan pH’ı azaltılır. pH dengesinin düzenlenmesi uzun sürer. Böbrekler, bikarbonat ve hidrojen iyonlarının salınımına ya da tutulmasına neden olarak dengeyi sağlar.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI BÖBREKLER Özet olarak; Böbreğin oluşan asit baz dengesinin oluşumunda önemli görevi vardır:  Günlük oluşan H yükünün atılımı  H iyonu tarafından ortamdan uzaklaştırılan HCO3 yeniden üretilmesi  Filtre olan HCO3’ün tübüllerden geri emilimi  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Vücutta faaliyet gösteren tampon sistemler hücre dışı ve hücre içi alanlarda etkisini gösterir. Hücre dışı alanda etkisini gösteren tamponlar: Bikarbonat / Karbonik asit tampon sistemi Monobazik sodyum fosfat /Dibazik sodyum fosfat Protein H+/Proteinat Organik asitler / Organik asit tuzlar Hücre içi alanda etkisini gösteren tamponlar: Böbrek tubulus hücresi ve eritrosit içi NaH2PO4/ Na2HPO4 sistemi Dokulardaki protein tampon sistemi Eritrositlerdeki Hemoglobin H+/Hemoglobinat tampon sistemi  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Vücudun asit baz dengesinin iki önemli belirleyicisi, majör tampon sistemini olusturan bikarbonat (HCO-3) ve karbondioksit (CO2) tir. Böbrekler HCO-3, akciğerler CO2 konsantrasyonunun başlıca belirleyicileridir. Plazma HCO-3 düzeyinde azalma veya CO2’te artma asidemi, HCO-3 düzeyinde artma veya CO2’te azalma ise alkalemi olarak olarak adlandırılan klinik tablolara neden olur.  T.C. HALİÇ ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI pH, CO2 ve [HCO3-] kontrol edilmelidir. Plazma + hücreler arası sıvı sıvının pH’ı 7,35 – 7,45 arasında kalmalıdır. - Eğer plazma değeri 7,35’in altına düşerse ASİDOZ (Asidemi) gelişir. -Eğer plazma değeri 7,45’in üzerine çıkarsa ALKALOZ (Alkalemi) gelişir. -Bu sınırlar değiştiğinde tüm vücut sistemi etkilenir.  Asit-Baz Hastalıkları TIP FAKÜLTESİ TIBBİ BİYOKİMYA AD. DR. ÖĞR.ÜYESİ HÜLYA IRMAK AKSAN e-posta: [email protected]