Gliederung. Puffersysteme. Wofür Puffersysteme? Wofür Puffersysteme? Wofür Puffersysteme? ph-verhältnisse im Körper. Puffersysteme

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1 Gliederung Puffersysteme Referat von Christian Rubbert Wofür Puffersysteme? ph-verhältnisse im Körper Puffersysteme Wofür Puffersysteme? Verschiedene Vorgänge im Körper, z.b.: Wofür Puffersysteme? Enzym Substrat Hormon Rezeptor Ion Ionenkanal sind abhängig von elektrostatischen Wechselwirkungen 1

2 Wofür Puffersysteme? Wasserstoffionenkonzentration beeinflusst die Protonenabspaltung/-anlagerung und damit die Konformation von Proteinen Der ph hat somit einen direkten Einfluss auf katalytische Aktivität von Enzymen, Bildung von Signalsubstanzen, Funktion der Ionenkanäle Mittels (gemischten) Puffern (= Puffersystem) kann der ph in einem physiologischen Bereich gehalten werden Entstehung von Säuren Katabole Reaktionen liefern 24 Mol CO 2 /Tag Saure Lebensmittel Phosphor-, Zitronen-, Ascorbin- & Milchsäure, anorganisches Phosphat (Fruchtsäfte) (H + -Abgabe spätestens im basischen Darmtrakt) Proteinreiche Nahrung Schwefelhaltige Aminosäuren wie Methionin, Cystein (Abbau: -SH Gruppe H 2 S, oxidiert zu H 2 SO 4 ) Kationische Aminosäuren (Arginin, Lysin & Histidin) liegen als Salze (Chloride) vor Entstehung von HCl Proteinkatabolismus = Nicht flüchtige Säuren Normale Mischkost liefert 60 ±20 mmol H + /Tag Einige Zahlen & Fakten ph-werte im Körper Blut/EZR haben einen physiologischen ph von 7,4 Physiologische Schwankungsbreite ph 7,6 7,44 Hohe Präzision der Regulation! Puffersysteme im Blut: Bikarbonat, Hb, Plasmaproteine Intrazellulärer ph = 7,0 7,2 IZR zu 50% an Gesamtpufferkapazität des Organismus beteiligt Geringe Kenntnisse auf Grund der Komplexität des IZR Puffersysteme: Proteine und organische Phosphate Grenzen der für Lebensprozesse tolerablen Wert sind mit 50 nmol H + /l Abweichung vom Normwert (ph 7,0 7,8) sehr eng gefasst Freie Ionen/Körper = 2,1 µmol, an Puffer gebunden = 105 mmol Pufferfähigkeit Organismus = 700 mmol 2

3 Puffersysteme Kohlensäure-Bicarbonat-Puffer CO 2 + H 2 O H 2 CO HCO - + H + Wichtigster anorganischer Puffer Über die Atmung kann CO 2 abgegeben und somit die HCO - Konzentration reguliert werden Offenes System Weitere Regulation über die Niere HCO - + H + CO 2 + H 2 O sehr langsam, katalysiert von der sehr schnellen Carboanhydrase I (nur im Erythrocyten) Kohlensäure-Bicarbonat-Puffer CO 2 + H 2 O H 2 CO HCO - + H + [ HCO ] ph= pk H log 2CO + [ H CO ] pk a von H 2 CO = 6,1 ph-wert des Blutes = 7,4 pk a über 1 ph Einheit vom Blut entfernt keine Pufferwirkung 2

4 Kohlensäure-Bicarbonat-Puffer CO 2 + H 2 O H 2 CO HCO - + H + [ HCO ] ph= pk H log 2CO + [ H CO ] pk a von H 2 CO = 6,1 ph-wert des Blutes = 7,4 pk a über 1 ph Einheit vom Blut entfernt keine Pufferwirkung 20 ph= 6,1 + log = 7,4 1 2 Hämoglobin-Puffer Wichtigstes organische Puffersystem Hohe Konzentration (160 g/l) Wesentlich: hohe Zahl Histidinreste (6, 50 mmol/l Blut), deren Imidazolgruppen die eigentliche Pufferfunktion ausüben Pufferkapazität Hämoglobin 6x größer als Plasmaproteine Desoxy-Hämoglobin pk a = 8,25 Oxy-Hämoglobin pk a = 6,95 Desoxy-Hb als schwächere Säure kann nach Abgabe des Sauerstoffs besser abpuffern Wirkung der Imidazol-Gruppe Zusätzlich zum Ampholyt-Verhalten einer Aminosäure: Histidin Titrationskurve (bei 25 C) pk = 9,17 pk 2 = 6,0 pk 1 = 1,82 4

5 Hydrogen- Carbonat P. Hb-Puffer Chlorid-Shift / Hamburger Zyklus Start Gleichgewicht H 2 CO + Nicht-Bicarbonatpuffer - Nicht-Bicarbonatpuffer-H + HCO - Seitenketten: Proteinatpuffer vor allem Imidazolgruppe des Histidins, SH- Gruppe des Cysteins haben Pufferwirkung (pk a = 6-7 je nach Lage der Gruppen) Viele Plasmaproteine haben einen isoelektrischen Punkt bei ph = 4,9-6,4 Liegen im Blut also als Anionen vor Pufferkapazität von 5 mmol H + /l/ph 5

6 Dihydrogen-Hydrogenphosphatpuffer H 2 PO 4- HPO H + pk = 6,880 stimmt fast mit Zell-pH überein EZR: Wirkung gering, da niedrige Konzentration im Blut (~1 mmol/l) Intrazellulär: Konzentrationen von mmol/l, Großteil an Makromoleküle gebunden, Forschung noch nicht sehr weit 50% der Protonen im Urin werden von diesem Puffersystem aufgenommen Ammoniak-/Ammoniumsystem NH + H + NH 4 + Sehr geringe Konzentration im EZR (~40 µmol/l), ungünstiger pk von 9,40 Hohe Konzentration im Urin Trotz ungünstigem pk ein effektiver Puffer Puffersysteme des Blutes Literatur Protonenakzeptor Hydrogencarbonat Hämoglobin Puffersystem [HCO - ] / [H 2 CO ] [Hb] / [HbO 2 ] [Proteinat] / [Protein] mmol/l ~24 ~16 Anteil 50% % Pufferkapazität 75% Proteinat [Proteinat] / [Protein] ~7 15% 25% Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie Folien Prof. Schwenen Deetjen/Speckmann: Lehrbuch der Physiologie (neuste Auflage, Kopien) Hydrogenphosphat [HPO 4 2- ] / [H 2 PO 4 ] ~1 2% Unsere Vorträge: Gesamtpufferbasen = ~48 100% 100% 6