Величина рН формирует активность клеток

Кислотно-основное равновесие представляет собой активность физиологических и физико-химических процессов, составляющих функционально единую систему стабилизации концентрации ионов Н+.

Основной количественной характеристикой кислотности водных растворов. является водородный показатель (рН) – отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов в растворе, т.е. зависимость pH и [H+] не линейная!

pH=-lg [H+]).

Установленный диапазон концентраций ионов Н+, совместимый с жизнью 16-160 нмоль/л, что соответствует рН 6,8-7,8. В среднем в плазме крови концентрация ионов водорода [Н+] = 40 нмоль/л, нормальный диапазон рН 7,35-7,45.

Сдвиги концентрации ионов Н+ приводят к изменению активности внутриклеточных ферментов даже в пределах физиологических значений. Например, ферменты глюконеогенеза более активны при закислении цитоплазмы гепатоцитов кетоновыми телами или молочной кислотой, что имеет значение при голодании и физической нагрузке.

Закисление саркоплазмы в мышечной клетке при работе подавляет активность фермента 3-й реакции гликолиза фосфофруктокиназы и останавливает сокращение мышцы. Интересной оборотной стороной данного эффекта служит повышенная устойчивость плода и новорожденных к острой гипоксии благодаря наличию особой фосфофруктокиназы, нечувствительной к закислению среды, что позволяет продолжать окисление глюкозы и получать энергию при накоплении лактата.

Роль систем гомеостаза организма – обеспечить неизменность концентрации ионов водорода при жизнедеятельности, что создает условия для:

  • сохранения активности ферментативных и транспортных белков,
  • неспецифическая защита кожного эпителия;
  • отрицательный заряд наружной поверхности мембраны эритроцитов,
  • растворимости неорганических и органических молекул (кальция и магния, щавелевой и мочевой кислот),
  • формирования электро-химического градиента мембраны митохондрий на должном уровне и наработки АТФ в клетке.

Водородный показатель является главным при оценке кислотно-основного состояния и его значение определяет диагноз ацидоза (снижение pH) или алкалоза (повышение pH).

Источники атомов водорода в организме

1. В реакциях аэробного метаболизма глюкозы, аминокислот и жирных кислот постоянно образуются молекулы CO2. При участии фермента карбоангидразы он реагирует с водой и образует угольную кислоту, слабо диссоциирующую на ион Н+ и бикарбонат-ион НСО3 .

СО2 + Н2О → Н2СО3 → НСО + Н+

Данный способ продукции протонов характерен почти для всех клеток и протекает при аэробном метаболизме, когда активно идут реакции окислительного декарбоксилирования пирувата и цикл трикарбоновых кислот.

2. Еще одним источником кислотных эквивалентов является анаэробный метаболизм глюкозы, при котором появляется молочная кислота.

Глюкоза → Молочная кислота → Лактат¯ + Н+

Особенно ярко это проявляется при интенсивной мышечной работе. В клинической практике с накоплением молочной кислоты сталкиваются при недостаточном поступлении кислорода в клетки – при любых анемиях, шоке, тромбозах, сердечной и дыхательной недостаточности, повышении вязкости крови, обезвоживании. Также играет роль дефицит железа и меди в составе ферментов дыхательной цепи.

3. Метаболизм серосодержащих аминокислот приводит к появлению метаболических кислот: соляной, серной:

Метионин →Н24 → SО42- + 2Н+

Цистеин → Н24 → SО42- + 2Н+

4. В определенных условиях (голодание, сахарный диабет 1 типа) в кровь поступают кетоновые тела (ацетоуксусная и бета-гидроксимасляная кислоты):

Жирные кислоты → Ацетил-SКоА → Ацетоуксусная кислота → Ацетоацетат¯ + Н+

Жирные кислоты → Ацетил-SКоА → Гидроксимасляная кислота → Гидроксибутират¯ + Н+

5. При отравлениях органическими соединениями источником ионов Н+ могут служить щавелевая и муравьная кислоты при метаболизме, соответственно, этиленгликоля и метанола, .