Anorganické látky v buňkách

Transkript

1 Anorganické látky v buňkách

2 Chemické složení lidského těla 60% vody (2/3 intracelulárně, 1/3 extracelulárně) 18% proteiny, peptidy aminokyseliny 15% tuky (hlavně triacylglyceroly v tukové tkáni) 1% sacharidy (poly- a monosacharidy) 1% nukleové kyseliny, nukleotidy 5% minerální látky

3 Chemické složení buňky 1. 60% hmotnosti tvoří voda polární rozpouštědlo, většina chemických reakcí v těle probíhá ve vodném roztoku 2. 35% organické látky a) vysokomolekulární (proteiny, nukleové kyseliny, glykogen) b) nízkomolekulární (glukóza, lipidy, aminokyseliny, meziprodukty metabolismu např. deriváty organických kyselin) 3. 5% anorganické látky

4 Biogenní prvky = prvky nezbytné pro stavbu a funkci organismů makrobiogenní prvky: C O H N Ca P S Na Cl K Mg nad více než 0,05 % hmotnosti organismu doporučený denní přísun potravou nad 100 mg koncentrace v krvi více než mikromolární mikrobiogenní (stopové) prvky Fe Cu Zn Se F I Co Cr Mn Mo Si V pod 0,05 % hmotnosti organismu doporučený denní přísun potravou pod 100 mg koncentrace v krvi mikromolární nebo nižší

5 Minerální látky v lidském těle (dospělý člověk, 70 kg) Ca g 99% v kostech a zubech: Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ; buněč. signalizace, sval. kontrakce, srážení krve P 840 g 85% v kostech; ve strukt. nukl. kys., fosfolipidů a makroergních slouč., účast na energetickém mtb K 180 g převážně intracelulárně, udržování osmotického tlaku, membránový potenciál, srdeční aktivita S 140 g v proteinech (Cys, Met), součást biokatalyzátorů Cl 110 g převážně extracelulárně, udržování osmot. tlaku Na 100 g převážně extracelulárně, udržování osmotického tlaku, membránový potenciál Mg 40 g 60% v kostech, intracelulárně: stabilizace ATP Fe 5g nejvíc v hemoglobinu (přenos O 2 ), součást enzymů (přenos elektronů - redoxní reakce)

6 skupenství: plynné, kapalné, pevné nekovy přechodné kovy kovy vzácných zemin halogeny alkalické inertní kovy kovy alkal. ostatní kovy plyny zemin Obrázek převzat z (září 2007)

7 Co je důležité znát: 1) rozdělení prvků do skupin viz. Periodická tabulka prvků alkalické kovy: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (IA) kovy alkalických zemin: Be, Mg, Ca, Sr, Ba (IIA) halogeny: F, Cl, Br, I (VIIA)

8 Co je důležité znát: 1) rozdělení prvků do skupin viz. Periodická tabulka prvků nekovy: H (IA) B (IIIA) C, Si (IVA) N, P, As (VA) O, S, Se (VIA) centrální atomy kyselin halogeny (VIIA)

9 Co je důležité znát: 1) rozdělení prvků do skupin viz. Periodická tabulka prvků přechodné kovy: Cu, Ag, Au (IB) Zn, Cd, Hg (IIB) ostatní kovy: Al, Sn, Sb, Pb, Bi Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo, Pt

10 Co je důležité znát: 2) symboly a české názvy prvků 3) latinské názvy prvků symboly jsou odvozeny z latinských názvů H = Hydrogenium = vodík Na = Natrium = sodík Ag = Argentum = stříbro (Ar = Argon)

11 ČESKY LATINSKY ANGLICKY vodík Hydrogenium hydrogen rtuť Hydrargyrum mercury uhlík Carboneum carbon dusík Nitrogenium nitrogen kyslík Oxygenium oxygen jód Iodium iodine hliník Aluminium aluminium křemík Silicium silicon fosfor Phosphorus phosphorus síra Sulfur sulphur olovo Plumbum lead

12 ČESKY LATINSKY ANGLICKY sodík Natrium sodium draslík Kalium potassium vápník Calcium calcium hořčík Magnesium magnesium měď Cuprum copper stříbro Argentum silver cín Stannum tin antimon Stibium antimony železo Ferrum iron nikl Niccolum nickel zlato Aurum gold

13 4) Triviální názvy některých sloučenin H 2 O voda H 3 O + hydroxonium NH 3 amoniak NH 4 + amonium NaCl HCl KMnO 4 HCO - 3 sůl kyselina solná hypermangan (lat. Kalii permanganas) bikarbonát (lat. bicarbonas)

14 Cytosol je vodný roztok H 2 O 60 % hmotnosti buněk voda je polární rozpouštědlo rozpouští polární látky

15 Vlastnosti vody polárně-kovalentní vazba mezi kyslíkem a vodíkem parciální náboje el. dipól vodíkové můstky -ve vodných roztocích (slabé interakce ne kovalentní vazba, ale významné) molekuly vody mají tendenci se slepovat k sobě navzájem: vysoké povrchové napětí, tepelná kapacita voda vytváří hydratační obal kolem rozpuštěných látek

16 Polární-hydrofilní látky Nepolární-hydrofobní látky olej Amfifilní látky proteiny membrány

17 Autoprotolýza vody (disociace vody) ve vodných roztocích platí: K v = [H 3 O + ] x [OH - ] = [H 3 O + ] = 10-7 ph = 7 [OH - ] = 10-7 v čisté vodě: [H 3 O + ] = [OH - ] v kyselých roztocích: [H 3 O + ] > [OH - ] ph < 7 v zásaditých roztocích: [H 3 O + ] < [OH - ] ph > 7

18 ph v buňkách nižší než v extracelulární tekutině, protože metabolické reakce produkují kyseliny (CO 2 H 2 CO 3, kyselina mléčná) cytosol: ph = 6,8 7,0 v lyzosomech: ph = 4,5 5,0 v krvi: ph = 7,40 ± 0,04 v moči: ph = 5,0 6,0

19 PUFRY (tlumivé, ústojné roztoky, nárazníky) = systémy schopné vyrovnávat výkyvy ph: po přidání silné kyseliny nebo báze změní své ph jen nepatrně používají se k udržování stabilní hodnoty ph složení pufrů: konjugovaný pár: kyselina / zásada * slabá kyselina + její sůl * slabá zásada + její sůl * 2 různé soli vícesytné kyseliny * amfoterní látky (např. proteiny)

20 bikarbonátový pufr HCO 3 - NaHCO 3 Na + + HCO 3 - H 2 CO 3 H 2 CO 3 H + + HCO 3 - NaHCO 3 smíchány Na + + HCO 3 - H 2 CO 3 H + + HCO H 2 CO 3 + HCl + NaOH (H + + Cl - ) (Na + + OH - ) Na + + HCO 3 - Na + + HCO 3 - H + + H 2 CO 3 H 2 O + HCO 3 - Cl - + H 2 CO 3 Na + + H 2 CO 3 HCO H + H 2 CO 3 H + + OH - H 2 O

21 Intracelulární pufry proteiny (amfolyty): postranní řetězce aminokyselin fosfáty anorganické: HPO 2-4 / H 2 PO - 4 organické: estery a anhydridy kyseliny fosforečné bikarbonátový pufr je hlavní pufr extracelulární tekutiny (krve) HCO 3- / H 2 CO 3 (H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O) Henderson Hasselbalchova rovnice ph = pk a + log (c b / c a )

22 Disociační konstanta a ph pufru! pufr nejlépe pufruje při: ph = pk ± 1! a) ph = pk + log (1 / 1) ph = pk b) ph = pk + log (10 / 1) ph = pk + 1 c) ph = pk + log (1 / 10) ph = pk 1 ph = pk a + log (c b / c a )

23 Cvičení Která ze složek fosfátového pufru (HPO 2-4 / H 2 PO 4- ) převažuje v krvi, jejíž ph = 7,40? pk(h 2 PO 4- ) = 7,0 (2,5 = 25/10 = 5/2, tj. převažuje HPO 2-4 ) Která ze složek fosfátového pufru (HPO 2-4 / H 2 PO 4- ) převažuje v moči, jejíž ph = 6,0? pk(h 2 PO 4- ) = 7,0 (0,1 = 1/10, tj. převažuje H 2 PO 4- )

24 Význam disociační konstanty Poměr složek fosfátového pufru (HPO 4 2- / H 2 PO 4-, pk 2 = 7,0) při a) ph = 7,4 (v krvi) b) ph = 7,0 (v buňce) c) ph = 6,0 (v moči) 2,5 = 25/10 = 5/2 1,0 = 1/1 0,1 = 1/10

25 Cvičení 10) 200ml 0,5M octové kyseliny + 100ml 0,5M octanu sodného => pufr; pk a = 4,76 ph =? [ph = 4,46 ] 11) 20ml 0,05M NH 4 Cl +? ml 0,2M NH 4 OH => pufr o ph = 10; K b = 1,85 x 10 5 pk =? [pk = 4,73; 27 ml]

26 Cvičení 15) Vypočítejte koncentraci HCO 3- v krvi použitím Henderson-Hasselbalchovi rovnice pro bikarbonátový pufr: ph = pka + log (chco 3- / s x pco 2 ). Ve vzorku krve byly naměřeny tyto hodnoty: ph = 7,44; parciální tlak CO 2 (pco 2 ) = 5,33 kpa; hodnoty konstant jsou: pka = 6,12; s = 0,225 mmol. L -1. kpa -1 (37 C). (25 mm)

27 Henderson-Hasselbalchova rovnice pro bikarbonátový pufr při ph krve převažuje báze bikarbonátového pufru, neboť hodnota ph krve je vyšší než hodnota pk pufru (7,4 > 6,1) bikarbonátový pufr je účinný i při poměru 20/1 neboť vznikající CO 2 vydýcháme (otevřený systém) [CO 2 ] = x pco 2 = 0,226 pro pco 2 v kpa = 0,03 pro pco 2 v mmhg

28 Anorganické ionty v tělních tekutinách anorganické ionty = minerály (5% hmotnosti) intracelulární tekutina (ICT) K + Mg 2+ Na + (Ca 2+ ) fosfáty proteiny sulfáty HCO 3- Cl - extracelulární tekutina (ECT) např. krevní plazma: Na + K + Ca 2+ Mg 2+ Cl - HCO 3- proteiny fosfáty sulfáty transport přes membránu (kanály, transportéry)

29

30 kationty krevní plazmy mmol/l nmol/l Na K + 4, Ca2+ 2, Mg 2+ 0, Fe 3+ 0, H + 0,

31 Anorganické produkty metabolismu C, H, O CO 2, H 2 O H 2 CO 3 / HCO - 3 N NH 3 / NH + 4 P H 2 PO 4- / HPO 2-4 = fosfáty S SO 2-4 = sulfát I - z degradace thyroidálních hormonů CO z degradace hemu H + z kyselin / H jako redukční ekvivalent

32 Vzorové testové otázky Kurz 1 - Struktura buňky průběžný test: 2. listopadu 2015

33 Vyberte pravdivá tvrzení a) pohyb vody skrz buněčnou membránu se označuje jako difúze b) po otevření draselného kanálu v buněčné membráně K + vystupuje z buňky c) Na + /K + -pumpa transportuje tyto ionty po jejich koncentračním gradientu NE ANO NE d) po otevření vápenatého kanálu v buněčné membráně Ca 2+ vstupuje do buňky ANO

34 V lidských buňkách a) je nejčetnějším kationtem hořčík b) je nejčetnějším aniontem chlorid c) je významným pufrem fosfátový pufr d) vzniká jako konečný produkt oxidace různých organických látek CO NE NE ANO NE

35 Souhlasíte s následujícími tvrzeními? a) chemický vzorec amoniaku je NH 4 + b) hydrogenfosforečnan je HPO 4-1 c) fosfátový pufr v buňkách je tvořen H 2 PO 4- a H 3 PO 4 d) bikarbonát je báze odvozená od kyseliny uhličité NE NE NE ANO

36 Vyberte pravdivá tvrzení a) přeměna Fe +II na Fe +III je oxidace b) Cu +II je nižší oxidační stupeň ze dvou, v nichž se měď vyskytuje v buňkách c) při rozpouštění CO 2 ve vodě vzniká kyselina uhličitá d) H 3 O + je vodíkový kation ANO NE ANO NE

37 Která tvrzení jsou správná? a) pokud koncentrace H 3 O + roste, ph roztoku se zvyšuje b) koncentrace H 3 O + v zásaditých roztocích je stejná jako v čisté vodě c) ph v buňkách je často vyšší než v extracelulární tekutině d) proteiny patří mezi významné intracelulární pufry NE NE NE ANO

38 Která tvrzení jsou správná? a) vápník je latinsky kalium b) hořčík patří mezi alkalické kovy c) jediný biologicky významný halogen v lidském těle je chlor NE NE NE

39

40 Pravidla latinského chemického názvosloví název kationtu vlevo / aniontu vpravo název kationtu v genitivu (= 2. pád) více oxidačních stupňů: 2 různé koncovky 2 různé předpony příklad: FeCl 2 FeCl 3 příklad: Ferrosi chloridum Ferri chloridum Acidum hypochlorosum Acidum perchloricum mono di tri tetra penta hexa hepta octa nona deca undeca dodeca

41 oxidační číslo kationtu koncovka latinsky /anglicky NIŽŠÍ -osi -ous VYŠŠÍ -i -ic

42 Důležité koncovky a jejich vzájemný vztah (latinsky / anglicky) bezkyslíkatá oxokyselina - nižší ox.č. oxokyselina - vyšší ox.č. kyselina (Acidum) hydro-...-icum hydro-...-ic acid -osum -ous acid -icum -ic acid sůl /anion -idum -ide -is -ite -as -ate

43 předpony k rozlišení více než dvou oxidačních stupňů předpona NEJNIŽŠÍ NEJVYŠŠÍ hypo- (hy)per-

44 příklady: HCl HClO HClO 2 HClO 3 HClO 4 Acidum hydrochloricum Acidum hypochlorosum Acidum chlorosum Acidum chloricum Acidum perchloricum NaCl NaClO NaClO 2 NaClO 3 NaClO 4 Natrii chloridum Natrii hypochloris Natrii chloris Natrii chloras Natrii perchloras

45 SLOVNÍČEK česky oxid peroxid hydroxid chlorid sulfid kyanid kyselina předpona hydrogenpředpona pro bazickou sůl latinsky / anglicky oxidum / oxide peroxidum / peroxide hydroxidum / hydroxide chloridum / chloride sulfidum / sulfide cyanidum / cyanide acidum / acid hydrogeno- / hydrogensub- / hydroxy-