WYKŁAD 1, 2

RÓWNOWAGA KWASOWO - ZASADOWA ORGANIZMU. RÓWNOWAGA WODNO - ELEKTROLITOWA ORGANIZMU I JEJ ZMIANY W WYSIŁKU FIZYCZNYM. ZNACZENIE RÓWNOWAGI KWASOWO - ZASADOWEJ DLA PRAKTYKI SPORTOWEJ. CIŚNIENIE OSMOTYCZNE.

PRZEMIANY BIOCHEMICZNE ZACHODZĄCE W ORGANIZMACH ŻYWYCH PROWADZĄ DO ZMIAN W STĘŻENIU JONÓW WODOROWYCH (H⁺) I WODOROTLENOWYCH (OH^-).

METABOLIZM - PRZEMIANY MATERII I ENERGII ZACHODZĄCE W ORGANIZMACH ŻYWYCH.

1. KATABOLIZM - ROZKŁAD ZWIĄZKÓW ZŁOŻONYCH NA ZWIĄZKI PROSTE Z WYTWORZENIEM ENERGII.

2. ANABOLIZM - SYNTEZA SKŁADNIKÓW ZŁOŻONYCH ZE SKŁADNIKÓW PROSTYCH Z WYKORZYSTANIEM ENERGII UZYSKANEJ W PROCESACH KATABOLICZNYCH.

REAKCJE BIOCHEMICZNE ZACHODZĄ SPONTANICZNIE ZE ZNIKOMĄ SZYBKOŚCIĄ. PRAWIE WSZYSTKIE REAKCJA CHEMICZNE ZACHODZĄCE W ŻYWYCH KOMÓRKACH KATALIZOWANE SĄ PRZEZ ENZYMY. SĄ TO SUBSTANCJE PRZYŚPIESZAJĄCE REAKCJE CHEMICZNE BEZ ZMIANY POZIOMÓW ENERGETYCZNYCH SUBSTRATÓW I PRODUKTÓW.

BUDOWA ENZYMU, PODZIAŁ.

WYTWORZENIE SWOISTYCH ENZYMÓW ZWIĄZANE JEST M.IN. Z  SUBSTRATAMI I PRODUKTMI REAKCJI ORAZ PRZEZ HORMONY DZIAŁAJĄCE NA APARAT GENETYCZNY KOMÓRKI.

ENZYMY CZŁOWIEKA KATALIZUJĄ REAKCJE BIOCHEMICZNE W ŚCIŚLE OKREŚLONYM pH. PRZYKŁADY WARTOŚCI pH DLA NIEKTÓRYCH PŁYNÓW USTROJOWYCH:

• ŁZY, POT, ŚLINA - ok. 7

• KREW - 7,36 - 7,42

• MOCZ - 5 - 7

• SOK ŻOŁĄDKOWY - 0,8 - 0, 98

• SOK JELITOWY - 7,8

• SOK TRZUSTKOWY - 8

• OSOCZE - ok. - 7,4

• POKARM KOBIETY - 6,8.

WZROST STĘŻENIA JONÓW WODOROWYCH (H⁺) W  ORGANIŹMIE PROWADZI DO ZAKWASZENIA ORGANIZMU, OBNIŻENIE pH ŚRODOWISKA. STAN TAKI PROWADZI DO KWASICY ORGANIZMU. WZROST STĘŻENIA GRUP OH^- PROWADZI DO PRZESUNIĘCIA RÓWNOWAGI W KIERUNKU ZASADOWYM ŚRODOWISKA (ZASADOWICA).

NADMIAR JONÓW WODOROWYCH ORGANIZM WYDALA Z  USTROJU POPRZEZ: PŁUCA, NERKI, ŻOŁĄDEK, SKÓRĘ, WĄTROBĘ. WYDALANIE JONÓW WODOROWYCH ZWIĄZANE JEST Z OBECNOŚCIA UKŁADÓW BUFOROWYCH, ZNAJDUJĄCYCH SIĘ WE KRWI, MOCZU, PŁYNÓW ŚRÓDTKANKOWYCH…..

HOMEOSTAZA JEST TO ZABEZPIECZENIE ŚRODOWISKA WEWNĘTRZNEGO PRZED ZAKŁÓCENIAMI.

ROZTWORY BUFOROWE PRZECIWDZIAŁAJĄ ZMIANIE pH, MIMO WZRASTAJĄCYCH KATIONÓW [H⁺] I ANIONÓW [OH^─].

CH₃COOH CH₃COO^─ + H⁺

CH₃COONa CH₃COO^─ + H⁺

GDY DO TAKIEGO ROZTWORU DODAMY JONY H⁺, TO KATIONY TE WRAZ ANIONAMI CH₃COO^- NIEZDYSOCJOWANĄ CZĄSTECZKĘ CH₃COOH

CH₃COONa CH₃COO ^─ + Na⁺

+ H⁺ (dodany z kwasu)

CH₃COOH (niezdysocjowany kwas, nie

wpływa na zmianę pH)

GDY DO ROZTWORU BUFOROWEGO DODAMY ANIONY OH^-, REAGUJĄ ONE Z JONAMI H⁺

CH₃COOH CH₃COO ^─ + H ⁺

+ OH^─ (dodany z zasady)

H₂0 (cząsteczka obojętna)

POJEMNOŚC BUFOROWA - MIARĄ POJEMNOŚCI BUFOROWEJ JEST STOSUNEK DODANEJ DO ROZTWORU KWASU LUB ZASADY, WPŁYWAJĄCYCH NA ZMIANĘ pH TEGO ROZTWORU.

KREW

1. BUDOWA KRWI.

2. WŁAŚCIWOŚCI KRWI (pH ok. 7,4, stałe ciśnienie osmotyczne = 7,5 Atm., lepkość ok. 4,7 - 4,4, ciężar właściwy 1050 - 1060).

3. FUNKCJE KRWI.

UKŁADY BUFOROWE KRWI:

• HEMOGLOBINA

ROZKŁADA SIĘ W WĄTROBIE DO BARWNIKÓW ŻÓŁCIOWYCH. ERYTROCYT ZAWIERA 30 -33% HEMOGLOBINY. JEST TO BIAŁKO ZŁOŻONE (CHROMOPROTEID). SKŁADA SIĘ Z GLOBINY(białko) I 4 CZĄSTECZEK BARWNIKA HEMU. ZBUDOWANY JESY ZE SZKIELETU PORFINOWEGO I JONU Fe⁺⁺. JEDNA CZĄSTECZKA HEMOGLOBINY MOŻE PRZYŁĄCZYĆ 4 CZĄSTECZKI TLENU. TLEN ŁĄCZY SIĘ POPRZEZ KATIONY Fe⁺⁺(ŻELAZO NIE UTLENIA SIĘ). KREW + TLEN = KREW UTLENOWANA, HEMOGLOBINA PRZECHODZI W OKSYHEMOGLOBINĘ.

/HEM/₄globina /HEM O₂/ globina

Hemoglobina oksyhemoglobina

Hb + 4O₂ → Hb(O₂)₄

( Mb + O₂ → MbO₂ Mb - mioglobina )

CZYNNIKIEM ZAKWASZAJĄCYM HEMOGLOBINE JEST CO₂

CO₂ + H₂0 H₂CO₃ H⁺ + HCOO₃^─

HEMOGLOBINA MOŻE WIĄZAĆ KATIONY H⁺ WYMIENIAJĄC JE NA KATION POTASU K⁺.

H⁺ + HCO₃ ^─ + KHb → KHCO₃ + HHb

• SOLE WĘGLANOWE

BUFORUJĄCY UKŁAD WĘGLANOWY WYSTĘPUJĄCY WE KRWI POSIADA STOSUNEK KWASU WĘGLOWEGO (H₂CO₃) DO WODOROWĘGLANÓW JAK 1 : 20 ( na jedną cząsteczkę kwasu przypada 20 cząsteczek wodorowęglanu).

H₂CO₃ = 1 (usuwany przez płuca)

}buforujący układ

NaHCO₃ = 20 węglanowy

W CIĄGU DOBY PRODUKUJEMY ok. 500 l CO₂ (przy podstawowej przemianie materii).

PRZY PRACY TLENOWEJ GLUKOZA ULEGA UTLENIENIU:

C₆H₁₂O₆ + O₂→ C0₂↑ + H₂O + ATP

PRZY PRACY BEZTLENOWEJ GLUKOZA ULEGA ROZKŁADOWI DO KWASU MLEKOWEGO:

CH₃CHCOOH + HCO₃^─ + Na⁺ → CH₃CHCOONa + H₂CO₃

│ │

OH OH

kwas mlekowy mleczan sodu

H₂CO₃ → H₂0 + CO₂

BUFOR WODOROWĘGLANOWY(krew)

Na⁺ + HCO₃^─ + H⁺ (wodór z kw. mlekowego)

H⁺ + HCO₃^─ → H₂O + CO₂ ↑ (CO² pobudza ośrodek oddechowy w mózgu → szybka wentylacja).

W SPOCZYNKU STĘŻENIE KWASU MLEKOWEGO: 1 milimol kw. mlekowego/1 litr

PODCZAS WYSIŁKU FIZYCZNEGO: 2 - 4 milimola kw. mlekowego/1 litr

WYSIŁKI BEZTLENOWE: >4 milimole kw. mlekowego/1 litr (zakwaszenie może dochodzić do 25 milimola kw. mlekowego/1 litr).

pH KRWI ZALEŻY OD:

UKŁADU [ HCO₃^─] i ciśnienia parcjalnego(p) CO₂ [pCO₂]

pH KRWI 7,36 - 7.42

< 7,36 - kwasica (obniżenie poziomu wodorowęglanów we krwi)

> 7,42 - zasadowica (podwyższeniem rezerwy alkalicznej krwi)

PO 10 MINUTACH OD WYSIŁKU FIZYCZNEGO - USUNIĘCIE KWASU MLEKOWEGO (mierzymy 3 min. po wysiłku).

PRZY NERWICACH = HIPERWENTYLACJA(nadmierne oddychanie, usuwanie CO₂)

• BIAŁKO JAKO BUFOR

BIAŁKO^.H + OH ^─ → BIAŁKO ^─ + H₂O

NAJWAŻNIEJSZYM PRODUKTEM KWASOWYM PROCESÓW METABOLICZNYCH ZACHODZĄCYCH W ORGANIZMACH ŻYWYCH JEST KWAS WĘGLOWY (usuwany przez płuca w postaci CO₂), KWAS PIROGRONOWY, KWAS MLEKOWY, KWAS ACETYLOOCTOWY. KWASY TE WPŁYWAJĄ NA WĘGLANOWY UKŁAD BUFORUJĄCY. OGÓLNA ZAWARTOŚĆ WODOROWĘGLANÓW KRWI NOSI NAZWĘ REZERWY ALKALICZNEJ.

ZNACZENIE RÓWNOWAGI KWASOWO - ZASADOWEJ DLA PRAKTYKI SPORTOWEJ.

BIOCHEMICZNE WSKAŹNIKI OKREŚLAJĄCE RÓWNOWAGĘ KWASOWO - ZASADOWĄ:

• pH KRWI: 7,36 - 7.42

• pCO₂: 35 - 45 mmHg (ciśnienie parcjalne CO₂)

• NZ ± 2 mEq/L (nadmiar/niedobór zasad)

• ZB 42 - 46 mEq/L (zasady buforowe)

• SB 21 - 25 mEq/L (stężenie dwuwęglanów standardowe (HCO3^─)

• aktualne dwuwęglany (HCO₃) 21 - 27 mEq/L

• całkowity CO₂ 22 - 28 mEq/L

MOCZ

MOCZ WYTWARZANY JEST PRZEZ NEFRONY NEREK W ILOŚCI ok. 1500 ml NA DOBĘ.

FUNKCJE NEREK:

• UTRZYMANIE STAŁOŚCI SKŁADU CHEMICZNEGO OSOCZA

• UTRZYMANIE HOMEOSTAZY ŚRODOWISKA WEWNĘTRZNEGO (ochrona stałości objętości płynów ustrojowych)

• ZACHOWANIE RÓWNOWAGI W GOSPODARCE WODNEJ I  MINERALNEJ

• REGULACJA CIŚNIENIA OSMOTYCZNEGO

• REGULACJA RÓWNOWAGI KWASOWO - ZASADOWEJ KRWI.

REGULACJA CZYNNOŚCI NEREK ODBYWA SIĘ POPRZEZ UKŁAD HORMONALNY np.:

• KORA NADNERCZY (aldosteron) - wpływa na poziom jonów Na⁺ i  Ca²⁺

• Hormon diuretyczny (reguluje resorbcję wody w nerkach).

• Przedsionkowy peptyd natriuretyczny →działa na nerki i zwiększa wydalanie Na⁺, zmniejszenie wydalania reniny i aldosteronu. Z Na⁺ tracona jest woda.

PRZECIĘTNE PARAMETRY MOCZU:

• pH - 5 - 6,5

• ciężar właściwy: 1,015 - 1,025

• ciśnienie osmotyczne: 1 - 55 atmosfer (21 atm)

• mocz jest silnie hipertoniczny w stosunku do krwi

SKŁAD JAKOŚCIOWY MOCZU:

• WODA: 95%

• ZWIĄZKI AZOTOWE W MOCZU:

• MOCZNIK: 85% (12g)- na 100% azotu

• KWAS MOCZOWY: 2% (0,25g) - na 100% azotu

• KREATYNINA: 4% (0,5g) - na 100% azotu

• AMONIAK: 2%, i inne (7%)

• KWAS HIPUROWY

• Cl ^─, PO₄3^─, Na⁺, NH₄⁺, K⁺, Mg⁺⁺, Ca²⁺, barwniki

• OBECNOŚĆ: GLUKOZY, BIAŁKA, CIAŁ KETONOWYCH, KWASÓW ŻÓŁCIOWYCH, KRWI, HEMOGLOBINY…. JEST OBJAWEM PATALOGICZNYM.

ANALIZA SKŁADU CHEMICZNEGO MOCZU MOŻE SŁUŻYĆ DO OKREŚLENIA POZIOMU WYTRENOWANIA ORAZ REAKCJI ORGANIZMU NA WYSIŁEK FIZYCZNY. W TYM CELU SŁUŻY m.in. POZIOM HORMONÓW W MOCZU np.:

• RDZEŃ NADNERCZY (aminy katecholowe: adrenalina, noradrenalina) - OKREŚLAJĄ ZDOLNOSC ORGANIZMU DO ZADOPTOWANIA SIĘ W OKREŚLONYCH WARUNKACH (np. zwiększony wysiłek fizyczny, przebywanie na zwiększonej wysokości)

• KORA NADNERCZY (kortykosterydy: gliko- i mineralokortykoidy - wzrastają po wysiłku fizycznym)

• WZROST POZIOMU BIAŁKA PRZY ZWIĘKSZONYM WYSIŁKU FIZYCZNYM

• WZROST POZIOMU CIAŁ KETONOWYCH PRZY ZWIĘKSZONYM WYSIŁKU FIZYCZNYM.

ŚLINA

ŚLINA JEST WYDZIELINĄ GRUCZOŁÓW W BŁONIE ŚLUZOWEJ JAMY USTNEJ I TRZECH ŚLINIANEK. CZŁOWIK WYDZIELA ok. 1,5  L ŚLINY NA DOBĘ.

PRZECIĘTNE PARAMETRY I SKŁAD ŚLINY:

• pH 6,7 - 6,9

• ciecz bez barwy, smaku, zapachu, hipotoniczna

• WODA: 99,5%

• BUFORY: węglanowy, fosforanowy, białka

• SKŁADNIKI MINERALNE: Cl ^─, PO₄3^─, Na⁺, K⁺, Mg⁺⁺, Ca²⁺, HCO₃^─, SO₄^2─, CNS^─

• SKŁADNIKI ORGANICZNE: substancje przeciwbakteryjne, mucyna, mocznik, kwas moczowy, enzymy (amylaza ślinowa), cholesterol, kreatynina.

CIŚNIENIE OSMOTYCZNE

DYFUZJA: PRZENIKANIE CZĄSTECZEK OD STĘŻENIA WIEKSZEGO DO MNIEJSZEGO.

W ORGANIMACH ŻYWYCH WYSTĘPUJĄ BŁONY PÓŁPRZEPUSZCZALNE. KONTROLUJĄ ONE PRZECHODZENIE CZĄSTECZEK POMIĘDZY KOMÓRKĄ A ŚRODOWISKIEM LUB POMIĘDZY PRZEDZIAŁAMI KOMÓRKOWYMI. BŁONA KOMÓRKOWA MA BUDOWĘ BIAŁKOWO - LIPIDOWĄ. LIPIDOWA, HYDROFOBOWA CZĘŚĆ BŁONY STANOWI BARIERĘ ZAPOBIEGAJĄCĄ PRZENIKANIU WIĘKSZYCH CZĄSTECZEK HYDROFILOWYCH. JEST ONA NIEPRZEPUSZCZALNA DLA WIĘKSZYCH CZĄSTECZEK POLARNYCH. DYFUZJA CZĄSTECZEK ZALEŻY OD ICH WIELKOŚCI, ŁADUNKU ELEKTRYCZNEGO, I  STOPNIA HYDROFILNOŚCI (szybko dyfundują cząsteczki mniejsze, bardziej hydrofobowe, elektrycznie obojętne).

• O₂, CO₂ (cząsteczki niepolarne) - ROZPUSZCZAJĄ SIĘ W  WARSTWIE LIPIDOWEJ I DYFUNDUJĄ PRZEZ BŁONĘ

• WODA, ETANOL (małe, nienaładowane cząsteczki polarne) - SZYBKA DYFUZJA PRZEZ BŁONĘ

• GLICEROL - OGRANICZONA DYFUZJA

• GLUKOZA - B. NIEWIELKA DYFUZJA

• JONY (np. Na⁺, K⁺, Ca²⁺, HPO₄^2─, Cl^─) I CZĄSTECZKI NAŁADOWANE ELEKTRYCZNIE (białka, kw. nukleinowe, lipoproteiny) - NIEDYFUNDUJĄ PRZEZ BŁONĘ.

WYMIANA METABOLITÓW POMIĘDZY KOMÓRKĄ A  ŚRODOWISKIEM ODBYWA SIĘ ZA POMOCĄ BIAŁEK TWORZĄCYCH KANAŁY I POMPY (TRANSPORT BIERNY, UŁATWIONY, TRANSPORT AKTYWNY).

TRANSPORT BIERNY - np. H₂0, KWASY TŁUSZCZOWE, STEROIDY

TRANSPORT AKTYWNY - np. pompa Na⁺/K⁺(symport z Na⁺), C₆H₁₂0₆ symport z Na⁺), aminokwasy, Ca²⁺

TRANSPORT UŁATWIONY - np. C₆H₁₂0₆, cukry proste (do erytrocytów i  innych komórek) - uniport, glicerol, Cl^─z HCO^3─ - antysport.

OSMOZA: ZJAWISKO PRZENIKANIA CZĄSTECZEK ROZPUSZCZALNIKA PRZEZ BŁONĘ PÓŁPRZEPUSZCZALNĄ W  KIERUNKU DO ROZTWORU. ROZPUSZCZALNIK (woda) TRANSPORTOWANA JEST PRZEZ BŁONĘ Z ROZTWORU O  MNIEJSZYM STĘŻENIU DO ROZTWORU O STĘŻENIU WIĘKSZYM.

CIŚNIENIE OSMOTYCZNE: CIŚNIENIE KONIECZNE DO ZRÓWNOWAŻENIA SZYBKOŚCI PRZECHODZENIA CZĄSTECZEK WODY Z ROZTWORU Z SZYBKOŚCIĄ PRZEPŁYWU CZĄSTECZEK WODY Z NACZYNIA DO ROZTWORU.

• ROZTWORY IZOTONICZNE: ROZTWORY POSIADAJĄCE TAKIE SAMO CIŚNIENIE OSMOTYCZNE

• ROZTWÓR HIPERTONICZNY: ROZTWÓR, KTÓRY POSIADA WYŻSZE CIŚNIENIE OSMOTYCZNE OD PORÓWNYWALNEGO

• ROZTWÓR HIPOTONICZNY: ROZTWÓR, KTÓRY POSIADA NIŻSZE CIŚNIENIE OSMOTYCZNE OD PORÓWNYWALNEGO.

ZASTOSOWANIE, ZACHOWANIE KRWINEK W ROZTWORACH:

• np. ERYTROCYTY W ROZTWORZE IZOTONICZNYM (osocze, roztwór fizjologiczny soli - 0,95% NaCl) NIE ULEGAJĄ ZNISZCZENIU

• ERYTROCYTY W ROZTWORZE HIPERTONICZNYM KURCZĄ SIĘ, ULEGAJĄ PLAZMOLIZIE - WODA WYPŁYWA Z KOMÓRKI

• ERYTROCYTY W ROZTWORZE HIPOTONICZNYM POWIĘKSZAJĄ SIĘ, PĘCZNIEJĄ I PĘKAJĄ (woda destylowana) - HEMOLIZA. HEMOLIZĘ MOGĄ SPOWODOWAĆ SUBSTANCJE WYWOŁUJĄCE ZMIANY W BŁONIE ERYTROCYTÓW (np. chloroform, eter, mydła, sole kwasów tłuszczowych, zasady, kwasy, jad węża).

10

---