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-