Anorganické látky v buňkách
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
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
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
Minerální látky v lidském těle(dospělý člověk, 70 kg)
Ca 1 500 g 99% v kostech a zubech: Ca10(PO4)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 O2), součást enzymů (přenos elektronů - redoxní reakce)
Obrázek převzat z http://www.corrosionsource.com/handbook/periodic/periodic_table.gif (září 2007)
nekovy
alkalické
kovy
přechodné
kovy
kovy alkal.
zemin
kovy vzácných
zemin
ostatní kovy
halogeny
inertní
plyny
skupenství: plynné, kapalné, pevné
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)
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)
halogeny (VIIA)
centrální atomy kyselin
Co je důležité znát:
1) rozdělení prvků do skupin
viz. Periodická tabulka prvků
přechodné kovy: Cu, Ag, Au (IB)
Zn, Cd, Hg (IIB)
Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo, Pt
ostatní kovy: Al, Sn, Sb, Pb, Bi
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)
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
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
4) Triviální názvy některých sloučenin
• H2O voda H3O+ hydroxonium
• NH3 amoniak NH4+ amonium
• NaCl sůl
• HCl kyselina solná
• KMnO4 hypermangan (lat. Kalii permanganas)
• HCO3- bikarbonát (lat. bicarbonas)
Cytosol je vodný roztok
voda je polární rozpouštědlorozpouští
polární látky
H2O
60 % hmotnosti buněk
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
proteiny
olej
Polární-hydrofilní
látky
Nepolární-hydrofobní
látky
Amfifilní látky
membrány
Autoprotolýza vody(disociace vody)
• ve vodných roztocích platí:
Kv = [H3O+] x [OH-] = 10-14
[H3O+] = 10-7 pH = 7
[OH-] = 10-7
• v čisté vodě: [H3O+] = [OH-]
• v kyselých roztocích: [H3O+] > [OH-] pH < 7
• v zásaditých roztocích: [H3O+] < [OH-] pH > 7
pH v buňkách
• nižší než v extracelulární tekutině, protože metabolické reakce produkují kyseliny(CO2 H2CO3, 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
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)
„bikarbonátový pufr“ HCO3- NaHCO3 ↔ Na+ + HCO3
-
H2CO3 H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
NaHCO3
smíchány → Na+ + HCO3-
H2CO3 H+ + HCO3-
+ H2CO3
+ HCl + NaOH(H+ + Cl-) (Na+ + OH- )
Na+ + HCO3- Na+ + HCO3
-
H+ + H2CO3 H2O + HCO3-
Cl- + H2CO3 Na+ + H2CO3
HCO3- + H+↔ H2CO3 H+ + OH- ↔ H2O
Intracelulární pufry
• proteiny (amfolyty): postranní řetězce aminokyselin
• fosfáty
anorganické: HPO42- / H2PO4
-
organické: estery a anhydridy kyseliny fosforečné
• bikarbonátový pufr je hlavní pufr extracelulární tekutiny (krve)
HCO3- / H2CO3 (H2CO3 CO2 + H2O)
Henderson–Hasselbalchova rovnice
pH = pKa + log (cb / ca)
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 = pKa + log (cb / ca)
Cvičení
Která ze složek fosfátového pufru (HPO42- / H2PO4
-)
převažuje v krvi, jejíž pH = 7,40?
pK(H2PO4-) = 7,0
(2,5 = 25/10 = 5/2, tj. převažuje HPO42-)
Která ze složek fosfátového pufru (HPO42- / H2PO4-)
převažuje v moči, jejíž pH = 6,0?
pK(H2PO4-) = 7,0
(0,1 = 1/10, tj. převažuje H2PO4-)
Význam disociační konstanty
Poměr složek fosfátového pufru
(HPO42- / H2PO4
- , pK2 = 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
Cvičení
10) 200ml 0,5M octové kyseliny + 100ml 0,5M octanu sodného => pufr; pKa = 4,76 pH = ?
[pH = 4,46 ]
11) 20ml 0,05M NH4Cl + ? ml 0,2M NH4OH
=> pufr o pH = 10; Kb = 1,85 x 10–5 pK = ?
[pK = 4,73; 27 ml]
Cvičení
15) Vypočítejte koncentraci HCO3- v krvi použitím
Henderson-Hasselbalchovi rovnice pro bikarbonátovýpufr:
pH = pKa + log (cHCO3- / s x pCO2).
Ve vzorku krve byly naměřeny tyto hodnoty:
pH = 7,44; parciální tlak CO2 (pCO2) = 5,33 kPa;
hodnoty konstant jsou:
pKa = 6,12; s = 0,225 mmol . L-1 . kPa-1 (37 C).
(25 mM)
Henderson-Hasselbalchova rovnicepro bikarbonátový pufr
[CO2] = x pCO2 = 0,226 pro pCO2 v kPa
= 0,03 pro pCO2 v mmHg
• 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 CO2
vydýcháme (otevřený systém)
Anorganické ionty v tělních tekutinách
• anorganické ionty = minerály (5% hmotnosti)
• intracelulární tekutina (ICT)K+ Mg2+ Na+ (Ca2+)fosfáty proteiny sulfáty HCO3
- Cl-
• extracelulární tekutina (ECT) – např. krevní plazma:Na+ K+ Ca2+ Mg2+
Cl- HCO3- proteiny fosfáty sulfáty
• transport přes membránu (kanály, transportéry)
kationty krevní plazmy
mmol/l nmol/l
Na+ 142 142 000 000
K+ 4,2 4 200 000
Ca2+ 2,5 2 500 000
Mg2+ 0,9 900 000
Fe3+ 0,02 20 000
H+ 0,000 04 40
Anorganické produkty metabolismu
• C, H, O → CO2, H2O → H2CO3 / HCO3-
• N → NH3 / NH4+
• P → H2PO4- / HPO4
2- = „fosfáty“
• S → SO42- = „sulfát“
• I- z degradace thyroidálních hormonů
• CO z degradace hemu
• H+ z kyselin / H jako „redukční ekvivalent“
Vzorové testové otázky
Kurz 1 - Struktura buňky
průběžný test: 2. listopadu 2015
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
d) po otevření vápenatého kanálu v buněčné membráně Ca2+ vstupuje do buňky
NE
ANO
NE
ANO
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
Souhlasíte s následujícími tvrzeními?
a) chemický vzorec amoniaku je NH4+
b) hydrogenfosforečnan je HPO4-1
c) fosfátový pufr v buňkách je tvořen H2PO4
- a H3PO4
d) bikarbonát je báze odvozená od kyseliny uhličité
NE
NE
NE
ANO
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 CO2 ve vodě vzniká kyselina uhličitá
d) H3O+ je vodíkový kation
ANO
NE
ANO
NE
Která tvrzení jsou správná?
a) pokud koncentrace H3O+ roste, pH roztoku se zvyšuje
b) koncentrace H3O+ 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
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
Pravidla latinského chemického názvosloví
název kationtu vlevo / aniontu vpravo
název kationtu v genitivu (= 2. pád)
více oxidačních stupňů:
2 různé koncovky
2 různé předpony
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
mono di tri tetra penta hexa hepta octa nona decaun-
deca
do-
deca
příklad:
FeCl2 Ferrosi chloridumFeCl3 Ferri chloridum
příklad:
Acidum hypochlorosumAcidum perchloricum
oxidační číslo kationtukoncovka
latinsky /anglicky
NIŽŠÍ -osi-ous
VYŠŠÍ -i-ic
Důležité koncovky a jejich vzájemný vztah (latinsky / anglicky)
kyselina(Acidum)
sůl /anion
bezkyslíkatá hydro-.....-icumhydro-.....-ic acid
-idum-ide
oxokyselina- nižší ox.č.
-osum-ous acid
-is-ite
oxokyselina- vyšší ox.č.
-icum-ic acid
-as-ate
předpony k rozlišení více než dvou
oxidačních stupňůpředpona
NEJNIŽŠÍ hypo-
NEJVYŠŠÍ (hy)per-
příklady:
• HCl Acidum hydrochloricum
• HClO Acidum hypochlorosum
• HClO2 Acidum chlorosum
• HClO3 Acidum chloricum
• HClO4 Acidum perchloricum
• NaCl Natrii chloridum
• NaClO Natrii hypochloris
• NaClO2 Natrii chloris
• NaClO3 Natrii chloras
• NaClO4 Natrii perchloras
SLOVNÍČEK
česky latinsky / anglicky
oxid oxidum / oxide
peroxid peroxidum / peroxide
hydroxid hydroxidum / hydroxide
chlorid chloridum / chloride
sulfid sulfidum / sulfide
kyanid cyanidum / cyanide
kyselina acidum / acid
předpona hydrogen-předpona pro bazickou sůl
hydrogeno- / hydrogen-
sub- / hydroxy-