SRO om blodets kemi i Kemi A og Biologi B

Side 1

STX 2.g

Studieretningsopgaven i 2.g

STX 2.g

Valgte studieretningsfag:

Fag og niveau: Fag og niveau:

Kemi A Biologi B

Det valgte område:

Blodets kemi

Kemiske reaktioner i levende organismer er meget følsomme overfor pH-ændringer. I vandige opløsninger produceres der ofte oxonium eller hydroxid. Et puffersystem modvirker pH-ændringer, så

variationen af pH mindskes. To vigtige puffersystemer i blodet er carbonsyre/hydrogencarbonat og
dihydrogenphosphat/hydrogenphosphat.

Gør rede for begrebet puffersystemer, idet du inddrager syre-base ligevægt og styrkeeksponenter. Forklar begrebet pufferkapacitet og giv nogle eksempler på dette.

Giv en redegørelse for blodets sammensætning. Kom herunder ind på hæmoglobin og dets evne til at binde og transportere ilt og kuldioxid rund i kroppen.

Analyser og diskuter kroppens egen syre-base reguleringsmekanisme, idet du inddrage relevante dele af kemi eksperimentet ”puffersystemer”.

Side 2

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 2 af 18

Blodets kemi

Lavet af: [navn fjernet]

Side 3

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 3 af 18

Indholdsfortegnelse

Abstract................................................................................................................................ 4 Indledning ............................................................................................................................ 5 Puffersystemer ..................................................................................................................... 5 Blodets sammensætning................................................................................................... 9

Kroppens egen syre/base reguleringsmaskine ........................................................... 13

Konklusion ......................................................................................................................... 17 Litteraturliste ...................................................................................................................... 18

Side 4

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 4 af 18

Abstract

This assignment examines the buffer systems, the acid-base balance and the acid dissociation constant. The study also investigates the buffer capacity. The composition of the blood will be explained and at the same time the transportation of oxygen and carbon dioxide in the body is going to be examined. Hemoglobin’s ability to bind itself to oxygen and carbon dioxide is also going to be examined. In the end in this assignment there is going to be an analysis and discussion about the body’s own acid-base balance.

In the assignment there is a significant relationship between the buffer system and the acid-base balance. A buffer system is a system in which there is a nearly equivalent amount of weak base and weak acid also called the conjugate acid. The coupling of the two makes a system that provides resistance to change in the solution’s pH. If a strong acid is added to the solution, then it will become neutralized by the conjugate base. But if too much base or acid is added to the solution, then it will exceed the buffer’s capacity. This will result in bigger pH changes. The bloods composition consists of 37-50% red blood cells, 0,1% white blood cells and the rest of the blood consists of plasma. If you exercise, then your body’s own acid-base balance is going to have some chemical effects on your body. As an example there is the bicarbonate buffering system which is a mechanism which involves the balance of carbonic acid, H CP, carbon dioxide, CO, and

2 3 2

bicarbonate ion, HCO^{-}.

3

Side 5

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 5 af 18

Blodets kemi

Indledning

En af de ting som spiller en stor rolle i menneskets krop er puffersystemer. De er bl.a. med til at fastholde blodets pH-værdi, og på den måde bidrage til at binde og transportere ilt og kuldioxid rundt i kroppen.

I denne opgave vil jeg gøre rede for begrebet puffersystemer ved inddragelse af syre-base ligevægt og styrkeeksponenter. Jeg vil kort forklare lidt omkring pufferkapaciteten. Jeg vil også redegøre for blodets sammensætning, hvor jeg bl.a. vil komme ind på hæmoglobin og dets evne til at binde og transportere ilt og kuldioxid rundt i kroppen. Til sidst vil jeg analysere og diskutere kroppens egen syre-base reguleringsmekanisme, idet jeg inddrager relevante dele af eksperimentet ”puffersystemer”. I analysen og diskussionen vil jeg bl.a. komme lidt ind på, hvordan kroppens reguleringsmekanisme reagerer under motion.

Puffersystemer

En pufferopløsning er en vandig opløsning, som består af en blanding af en svag syre og dens korresponderende basepar eller omvendt. Hvis der bliver tilsat noget stærkt syre eller base, så er puffersystemet med til at forhindre en større ændring af pH-værdien i opløsningen.

Pufferopløsninger bliver brugt til at vedligeholde en konstant pH-værdi, eftersom mange livsformer trives i et forholdsvis lille pH-område, så benytter de sig af pufferopløsninger for at kunne

opretholde en konstant pH-værdi.^{1} Blandt andet bliver bicarbonat puffersystemet anvendt til at
vedligeholde pH-værdien i blodet.^{2}

For at kunne forstå princippet af en pufferopløsning, så kan man kigge på et eksempel med rent vand. Hvis der bliver tilsat 20 mL 0,1 M NaOH til 100 mL vand, så vil pH-værdien stige fra 7 til over

12. Der sker altså en stor ændring ved pH-værdien, hvis der bliver tilsat en smule stærk base eller syre til vand. En pufferopløsning kan blive lavet, hvis man tilsætter noget ammoniumchlorid i vand, hvor der lidt efter tilsættes noget koncentreret ammoniakvand. Så får man de to korresponderende

syre-basepar NH^{+} og NH. Den følgende ligevægt indstiller sig:

4 3

H O(l) + NH (aq) ⇄ OH^{-} (aq) + NH^{+} (aq)

2 3 4

1

Schou, Benthe: Pufferligningen. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 80-80. (Afsnit i bog)
2

Schou, Benthe: Syer og baser. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 75-75. (Afsnit i bog)

Side 6

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 6 af 18

I det foregående reaktionsskema kan man se, at der er en syre-base ligevægt. I forbindelse med syre-base ligevægt, så kan man kigge på basers og syres reaktion med vand. Vand kan nemlig reagere som både en base og en syre. Grunden til at vand kan reagere som begge, det er fordi, at vand er en amfolyt. Det kan altså både optage og afgive hydroner. Det vil sige, at H O både er den

2

korrespondere syre til OH^{-} og den korresponderende base til H O^{+}. Læser man reaktionsskemaet

3

fra højre mod venstre, så kan man se, at NH^{+} afgiver en hydron til OH^{-}. Hvis man omvendt læser

4 fra venstre mod højre, så afgiver H

2 3.

O et hydron til NH

Både syren og basen er svage, og i en opløsning med en svag syre, og dens korresponderende svage base kaldes for et puffersystem.

Dette gælder dog kun, hvis der er forholdsvis store koncentrationer af syren og basen i opløsningen. En syre er et molekyle eller en ion, som kan afgive en hydron, og en base er et molekyle eller en ion, der kan optage en hydron. Ud fra dette kan man se, at NH optræder som en

3

base, og H O optræder som en syre. Til højre i reaktionsskemaet kan man se, at NH^{+} optræder

2 4

som en syre, og OH^{-} optræder som en base. Man kan altså også se, at en syre-basereaktion er en
hydronoverførsel. Der indgår altså to syrer og to baser i reaktionsskemaet.^{3}

H O(l) + NH (aq) ⇄ OH^{-} (aq) + NH^{+} (aq)

2 3 4 syre base base syre

1 2 1 2

I det foregående reaktionsskema er syre og base hinandens korresponderende syre-basepar.

1 1

Som det kan ses i reaktionsskemaet, så er syren H O korresponderende til basen OH^{-}. Fordi ved

2

optagelse af et hydron, så bliver OH^{-} til H O, og afgiver H O et hydron, så bliver det til OH^{-}. Det

2 2 samme gælder for det andet syre-basepar. En syre kan kun afgive et hydron, hvis der er en base til stede til at optage hydronen. Ud fra dette kan man skrive et generelt reaktionsskema for en syre-basereaktion:

S + B ⇄ B + S

1 2 1 2

Læser man fra venstre mod højre, så kan man se, at syren S

1 2 afgiver en hydron til basen B

.

På den måde bliver S

1 1 2 omdannet til sit korresponderende base B

, og B bliver omdannet til sit

korresponderende syre S.^{4}

2

3

Syre-basereaktioner. Mygind, Helge m.fl.: I: Basiskemi 4. 1. udg. Haase & Søns Forlag, 2014. side 73-73.

(Afsnit i bog)
4

Syre-basereaktioner. Mygind, Helge m.fl.: I: Basiskemi 4. 1. udg. Haase & Søns Forlag, 2014. side 73-74.

(Afsnit i bog)

Side 7

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 7 af 18

Hvis man kigger på et eksempel, hvor man tilsætter en opløsning af noget stærk syre til en pufferopløsning, så kommer den følgende reaktion til at forløbe:

H O^{+} (aq) + NH (aq) 🡪 H O(l) + NH^{+} (aq)

3 3 2 4

Her bliver den stærke syre H O^{+} brugt ved reaktion med puffersystemets base. Derved bliver H O^{+}

3 3

erstattet af NH^{+}, som er en svag syre, hvilket resulterer i en meget lille ændring i pH-værdien for

4 opløsningen. Man kan dog også tilsætte for meget stærk syre eller stærk base, at puffersystemet bliver brugt op. Den såkaldte pufferkapacitet kan blive fundet ved, at man kigger på pH-ændringen i opløsningen. Hvis der sker en mindre pH-ændring i pufferopløsningen, når man tilsætter en stærk syre eller stærk base, så vil det betyde, at opløsningen har en stor pufferkapacitet. Størrelsen af

pufferkapaciteten afhænger af koncentrationerne af det korresponderende syre-/basepar, som

udgør pufferen. Pufferkapaciteten siger altså noget om en opløsnings evne til at fastholde sin pH.

Pufferkapaciteten er i en given opløsning størst når [B] = [S], det vil sige, når pH-værdien er det
samme som syrens pK -værdi.^{5}

s

I et puffersystem er der også noget der hedder puffervirkningen, hvilket vil sige, at det reducerer pH-ændringen ved tilsætning af en stærk base eller en stærk syre. Puffersystemet

vedligeholder altså opløsningens pH-værdi.^{6} Generelt for stærke syrer, som f.eks. HCl og HNO

3 kan man ikke opstille en reaktionsbrøk for, eftersom stærke syrer afgiver alle deres hydroner til vand. Når der så er tale om ikke stærke syrer, så bliver det inddelt i middelstærke syrer, svage, meget svage og uhyre svage. Inddelingen bliver bestemt ud fra syrens styrkekonstant, K, eller ved s

at kigge på syrens styrkeeksponent, pK. Figur 1 viser inddelingen af bl.a. K og pK.^{7}

s s s

5

Syre-basereaktioner. Mygind, Helge m.fl.: I: Basiskemi 4. 1. udg. Haase & Søns Forlag, 2014. side 95-95.

(Afsnit i bog)

6

Schou, Benthe: Pufferligningen. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 80-80. (Afsnit i bog)
7

Schou, Benthe: Syrer. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011. side 76-

76. (Afsnit i bog)

Figur 1: Syrer og basers styrke

Figur 1: Syrer og basers styrke

Kilde: Schou, Benthe: Syrer. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011. side 70

Side 8

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 8 af 18

Styrkeeksponenten er defineret som minus titalslogaritmen til talværdien af styrkekonstanten:

𝑝𝐾_{𝑠} = −𝑙𝑜𝑔𝐾_{𝑠}

Man kan nu udlede en formel, som bruges til beregning af pH i en opløsning, hvor der befinder sig et puffersystem i. Der bliver taget udgangspunkt i styrkekonstanten for syren S:

                                                    [ 𝐵
                          +
S(aq) + H O(l) ⇄ B(aq) + H O (aq) 𝐾               =

2 3 𝑠

] ∙[𝐻_{3} 𝑂^{+}]

[𝑆]

Hvis man så omskriver formlen for K s

, så den kommer til at indeholde pH. Hvor man først skriver den højre side som et produkt bestående af to størrelser, og derefter tager man titalslogaritmen på

begge sider af lighedstegnet. Til sidst indsættes 𝑙𝑜𝑔𝐾_{𝑠} = −𝑝𝐾_{𝑠} og log [ 𝐻_{3} 𝑂^{+}] = −𝑝𝐻, og man får

pufferligningen:

𝑝𝐻 = 𝑝𝐾_{𝑠} + 𝑙𝑜𝑔

[𝐵]

[𝑆]

Pufferligningen kan bruges til at beregne pH-værdien i en opløsning, hvor man kender

koncentrationerne af syren og basen.^{8}

8

Pufferopløsninger. Mygind, Helge m.fl.: I: Basiskemi 4. 1. udg. Haase & Søns Forlag, 2014. side 93-93.

(Afsnit i bog)

Side 9

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 9 af 18

Blodets sammensætning

Blodet har mange vigtige egenskaber og funktioner. Det er bl.a. med til at transportere næringsstoffer som fedtsyrer, aminosyrer, glucose og oxygen ud til cellerne. Samtidig med det skal det også transportere affaldsstoffer væk fra cellerne som lactat og carbondioxid. Det skal også transportere hormonerne rundt og vedligeholde homeostase i kroppen. Homeostase er betegnelsen for

opretholdningen af et konstant miljø omkring og i cellerne.^{9}

Menneskets blod består af to ting. Det består af blodceller og plasma.

Blodcellerne består af blodplader, hvide blodceller og røde blodlegemer. De hvide blodceller og blodplader udgør ca. 0,1% af blodets sammensætning, de røde blodlegemer udgør 37-50%, mens resten består af plasma. Figur 2 viser blodets sammensætning.

Mennesket har i gennemsnit ca. 5 liter blod, som svarer til ca. 7% af et menneskes kropsvægt. Cellerne i blodet bliver dannet i knoglemarven, mens de fleste af æggehvidestofferne bliver dannet i leveren. I alt fylder blodet celler ca. 2 liter, hvoraf det består af ca. 35 milliarder hvide blodlegemer, ca. 25.000 milliarder røde blodlegemer

og ca. 1,500 milliarder blodplader.^{10} Plasma består af ca. 95% vand

med salte og proteiner. De hvide blodceller udgør en del af vores immunforsvar, da de fungerer som kroppens egne ”skraldemænd” ved at optage og fjerne døde celler fra kroppen. Blodplader er de mindste celler i blodet, og har en levetid på ca. 9 dage. Det er også blodpladerne, som får blodet til at størkne ved at tætne

blodkarrene, hvis der skulle gå hul på dem.^{11} De røde

blodlegemer er med til at øge mængden af O, der kan

2 blive transporteret ud til cellerne og derefter optaget i blodet. De røde blodlegemer har en diameter på 7,8 μm og en tykkelse på 2,85 μm, mens den centrale del af det røde blodlegeme er 0,8 μm. Figur 3 viser målene på et rødt blodlegeme. På grund af denne specielle form,

9

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 57-58. (Afsnit i bog)

10

Blodets bestanddele. Udgivet af GivBlod. Internetadresse: https://givblod.dk/fakta-om-blod/blodets-

bestanddele/ - Besøgt d. (Internet)
11

Blodets bestanddele. Udgivet af GivBlod. Internetadresse: https://givblod.dk/fakta-om-blod/blodets-
bestanddele/ - Besøgt d. (Internet)

Figur 2: Sammensætning af blodet

Kilde: Schou, Benthe: Syrer.

Bidstrup, Bodil og Benthe Schou:

I: Bioteknologi 4. 1. udg.

Nucleus, 2011. side 57

Figur 3: Et gennemskåret rød blodlegeme

Kilde: Schou, Benthe: Syrer. Bidstrup, Bodil og

Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus,

2011. side 60

Side 10

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 10 af 18 som de røde blodlegeme har, så har den en meget stort overfladeareal i forhold til dens volumen, hvilket er med til at øge diffusion af oxygen ind i dem. Det gør dem også meget mere fleksible, så de nemt kan komme igennem de tyndeste kapillærer. Det gør det også muligt for de røde blodlegemer at blive stakket, hvilket gør det meget nemmere at transportere dem gennem kapillærerne. I de røde blodlegemer er der ikke nogle aktive celleorganeller som en cellekerne, mitokondrier eller ribosomer, hvilket resultere i at de røde blodlegemer ikke kan dele sig. Dette betyder, at de ikke har en særlig lang levetid. Et rødt blodlegeme har en levetid på ca. 120 dage, der dannes og ødelægges omkring 2 millioner røde blodlegemer i sekundet. Da de ikke er en aktiv celle, så optager de ikke selv noget af den oxygen, som de transporterer rundt til kroppens celler.

Denne energi får de fra glycolysen.^{12}

Den mængde af O, som bliver optaget direkte i blodplasmaet er meget lille, da der

2 kun bliver optaget omkring 3 mL O

2 2 pr. liter blod. O diffundere dog også ind i de røde blodlegemer, hvor at O binder sig til hæmoglobinmolekylerne, som også er med til at give

2 blodcellerne sin røde farve. Et rødt blodlegeme består af ca. 95% hæmoglobin, og der er ca. 2800

millioner hæmoglobinmolekyler i et enkelt rødt blodlegeme.^{13}

Hæmoglobin har fire polypeptidkæder, som bliver holdt sammen af ikke-kovalente bindinger. I disse polypeptidkæder er der knyttet et hæmmolekyle til, og i hver af disse hæmmolekyler, der er

der en jern (II)-ion, Fe^{2+}. Til hver af disse jern (II)-ioner kan der bindes et O -molekyle. Det betyder

2 at et enkelt hæmoglobinmolekyle kan binde fire O

2 2

-molekyler. Hvis der bliver bundet et O

- molekyle til alle hæmoglobins jern

(II)-ioner, så siger man, at blodets iltmætning er på 100%. Er blodets iltmætning på 100%, så vil det betyde at man optager omkring

                     14
200 mL O  pr. liter blod.

2

Det hæmoglobin som er det mest almindelige hos mennesker, det er hæmoglobin A som også betegnes HbA. De fire polypeptidkæder, som der er i hæmoglobin A, de kan inddeles i to typer: Der er to

12

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 60-60. (Afsnit i bog)

13

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 60-60. (Afsnit i bog)
14

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 60-61. (Afsnit i bog)

Figur 4: Opbygning af hæmoglobin

Kilde: Schou, Benthe: Syrer. Bidstrup, Bodil og

Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus,

2011. side 61

Side 11

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 11 af 18 kæder af α-typen og to af β-typen. Figur 4 viser opbygningen af hæmoglobin.

Carbonmonoxid, CO, kan danne en stærkere binding til Fe^{2+} -ionerne, som kan resulterer i, at O

2 bliver fortrængt i hæmgruppen. Det betyder kort sagt, at carbonmonoxid kan forhindre

                     15
ilttransporten i kroppen. Ved et pO på 133 mbar kan der blive opløst omkring 3mL O i

2 2 blodplasmaet. Partialtrykket for oxygen, pO

2

, i luften ligger omkring de 212 mbar. Når man suger luft ned i lungerne, så bliver indåndingsluften blandet med noget udåndingsluft som har stået i det døde rum. Det vil sige bronkierne, luftrøret, svælget og munden. Derfor ligger partialtrykket for dioxygen i alveolerne ikke på de 212 mbar, som der ligger i luften. Derfor er partialtrykket for

dioxygen i alveolerne ca. 133 mbar. Figur 5 viser bl.a. pO i alveoler og lungekapillærer.^{16}

2

.

Inde i lungerne er det 0,5 μm mellem blodet og O -molekylerne i

2 alveolerne. O er et upolært stof,

2 hvilket betyder at den nemt kan diffundere gennem alveolevæggen og kapillærvæggen. Partialtrykket for det blod som kommer ud i lungerne, ligger omkring de 53 mbar som medfører til, at der sker en diffusion af oxygen over i et af kapillærerne.

F.eks. kommer der hvert 0,75 sekund et rødt blodlegeme igennem kapillærerne, og under hårdt fysisk arbejde, så kommer det et igennem hvert 0,3 sekund. Det er dog rigeligt til at opretholde en diffusionsligevægt i forhold til optagelsen af

oxygen, men også for at opretholde diffusionsligevægten for afvigelsen af carbondioxid.^{17}

Dioxygens binding til hæmoglobin er en versibel process, hvilket vil sige at den går begge veje:

Hb + 4 O ⇄ Hb(O)

2 2 4

15

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 60-63. (Afsnit i bog)

16

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 63-63. (Afsnit i bog)
17

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 63-63. (Afsnit i bog)

Figur 5: pO og pCO i alveoler og lungekapillærer

2 2

Kilde: Schou, Benthe: Syrer. Bidstrup, Bodil og Benthe

Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011. side 63

Side 12

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 12 af 18

Partialtrykket for dioxygen har også indflydelse på hæmoglobins evne til at binde dioxygen, og

derfor er den underlagt Le Chateliers princip.^{18} Le Chateliers princip er en sætning indenfor

kemien, som blev formuleret af Henry Louis Le Chatelier i 1884. Sætningen siger at:

”Et ydre indgreb i et system i ligevægt fremkalder en forskydning, der formindsker virkningen af

indgrebet.”^{19}

Ud fra Le Chateliers princip siger man, at hvis partialtrykket eller koncentrationen i en af stofferne bliver ændret, så vil reaktionen forskydes i den retning, som mindsker ændringen, så der igen kan opstå ligevægt. Hvis der sker en stigning af pO

2

, så vil der ske en forskydning i ligevægten mod højre, hvilket medfører til, at der bliver bundet endnu mere dioxygen til hæmoglobin. Hvis pO i

2 stedet for falder, så kommer der til at ske en forskydning mod venstre. Dette medfører til at hæmoglobin frigiver dioxygen. Når det første dioxygen molekyle bliver bundet til hæmoglobin, så ændrer hæmoglobin sin tertiære struktur, hvilket øger hæmoglobins evne til at kunne binde et dioxygen molekyle mere. Det vil altså sige, at bindingen af det andet dioxygen molekyle kommer til at fremme bindingen af det tredje, som til sidst kommer til at fremme bindingen af det fjerde og

sidste dioxygen molekyle.^{20}

Mens blodet afgiver O ud i kapillærerne, så optager det på samme tid CO, som det

2 2 bliver dannet ved cellernes øgede stofskifte. CO

2 diffunderer fra cellens cytoplasma og ud i vævsvæsken, hvor den diffunderer videre over i kapillærerne. Ca. 11% af det optagede kuldioxid bliver i blodplasmaet. De sidste 89% af det optagede kuldioxid diffunderer ind i de røde blodlegemer. Det fysisk opløste kuldioxid udgør kun ca. 4% af de røde blodlegemer. Figur 6 viser afgivelse af O og optagelse af CO. En større del af disse kuldioxid molekyler reagerer med vand,

2 2 som tilsammen danner hydrogencarbonat:

CO + H O ⇄ HCO^{-} + H^{+}

2 2 3

Denne reaktion bliver indstillet langsomt, men inde i de røde blodlegemer, der bliver processen

øget med en faktor over 10^{4} ved hjælp af enzymet carboanhydrase.^{21}

18

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 64-64. (Afsnit i bog)

19

Le Chateliers princip. Udgivet af Bioanalytikeruddanelsen - netundervisning.

Internetadresse:Bioanalytikeruddanelsen - netundervisning - Besøgt d. (Internet)

20

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 64-64. (Afsnit i bog)
21

Transport af CO2. Bidstrup, Bodil m.fl.: I: Fysiologibogen - den levende krop. 1. udg. Nucleus, 2006. side

56-57. (Afsnit i bog)

Side 13

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 13 af 18

Kroppens egen syre/base reguleringsmaskine

I dag er der rigtig mange mennesker som er interesseret i at forbedre deres helbedre ved hjælp af motion. Men man skal også have en bestemt viden indenfor emnet, så man er sikker på ikke, at dyrke for meget eller for lidt motion. Motion har bl.a. mange langsigtede og kortsigtede virkninger på kroppen, som kroppen skal kunne være i stand til at håndtere før, at udøvelsen kan være gavnlig. Når vi dyrker motion, så stiger blodtilførslen til musklerne og hjertet. Det vil sige, at

kroppens stofskifte bliver mere aktivt ved at producere mere CO og H^{+} i musklerne end hvad det i

2 forvejen gør. Ens indåndinger bliver dybere og hurtigere, så man kan levere den ilt, som der kræves for at øge cellens stofskifte.

Når man så har dyrket tilstrækkeligt nok motion, og kroppens øgede stofskifte begynder at overstige forbruget af ilt, så begynder der nogle biokemiske processer i kroppen som ikke behøver ilt. Over længere tid vil mængden af muskelmasse blive øget, og fedt vil blive brændt som energi for, at opretholde det øgede stofskifte. Under fysisk træning opbruger musklerne ilt, som de omdanner til kemisk energi i glukose til mekanisk energi. Ilten kommer fra hæmoglobin i de røde

blodlegemer. Under nedbrydningen af glukose bliver der dannet CO og H^{+}, og det bliver fjernet

2 igen via blodet. Transporten og anvendelsen af dioxygen, samt fjernelse og produktion af CO og

2

H^{+} er med til at forårsage kemiske ændringer i blodet. Disse kemiske ændringer får pH-værdien i

blodet til at falde. Hvis kroppens pH-værdi bliver lavere end de 7,4, så kan det være dødeligt.

Nyrerne og lungerne arbejder sammen for at kunne opretholde blodets pH på 7,4. Dette gør de ved at påvirke koncentrationerne af pufferne i blodet. Mange af de kemiske reaktioner som foregår i kroppen er nemlig pH-afhængige, så derfor ville en lille ændring af pH være med til at stoppe nogle af de kemiske reaktioner som forløber i kroppen.

Hydroner er meget reaktionsdygtige og påvirker derfor rigtig mange molekyler, som regulerer rundt i kroppens mange forskellige processer. Blodets pH-værdi ligger på 7,4, og er blodets pH under

6,9 eller over 7,9, så er det i de fleste tilfælde dødeligt, hvis pH-værdien bliver ved med at befinde sig i et af disse områder i mere end et øjeblik. Ændringer i pH-værdien på over 0,2 i begge retninger bliver betragtet som værende alvorligt. I blodet findes der flere forskellige former for puffersystemer:

1. Hæmoglobinet i de røde blodlegemer

2. Dihydrogenphosphat/hydrogenphosphat
3. Carbonsyre/hydrogencarbonat

De to første er begge lukkede systemer, hvilket betyder at deres pufferkapacitet er begrænset, da mængden af disse ikke kan blive ændret med det samme. Den tredje af disse puffersystemer er dog ikke et lukket system, fordi det hænger sammen med CO

2

, som kan udåndes ved hjælp af

Side 14

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 14 af 18 lungerne. Pufferkapaciteten beskriver som nævnt før, hvor godt et puffersystem er til at fastholde sin pH-værdi. Pufferkapaciteten afhænger af koncentrationerne af det korresponderende syre-

/basepar, som udgør pufferen.^{22} Ud fra et kemi eksperimentet ”puffersystemer”, hvor formålet med

eksperimentet var at finde puffervirkningen i to forskellige puffersystemer. Tabel 1 viser resultaterne fra forsøget ”puffersystemer”.

Tabel 1: Resultater fra eksperimentet ”puffersystemer”

Ud fra denne tabel, der kan man se at den målte pH-ændring og den beregnede pH-ændring næsten er den samme i alle forsøgene. Ud fra dette forsøg kan man også se, at der er en

sammenhæng mellem det korresponderende syre-/basepar mht. deres koncentrationer, og deres

evne til at fastholde pH-værdien. Man ser en meget større ændring i det første forsøg, da der ikke er tale om en pufferopløsning. Man kan også se, at den opløsning med den bedste pufferkapacitet, det er den man har brugt i forsøg 2, da forholdet mellem de to koncentrationer er lige med 1.

Det er også den pufferopløsning, hvor der forekommer den mindste pH-ændring.

Alle kropsvæsker som befinder sig uden for eller inden i en celle har puffere, som er med til at fastholde pH-værdien i kroppen. En af de vigtigste puffersystemer som er i kroppen, er syre-base

reguleringen i blodet mellem carbonsyre og hydrogencarbonat.^{23} Carbonsyre, H CO vil afgive en

2 3 hydron til vandet, da det er en syre:

H CO (aq) + H O(l) ⇄ HCO^{-} (aq) + H O^{+} (aq)

2 3 2 3 3

22

Schou, Benthe: Pufferligningen. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 80-80. (Afsnit i bog)
23

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 78-78. (Afsnit i bog)

Nr. System Målt ΔpH Beregnet pH Beregnet pH Beregnet ΔpH før efter

1 50 mL demineraliseret vand 5,3 7 12,29 5,29

2 50 mL 0,100 M CH COONa 0,2 4,76 4,93 0,18

3

50 mL 0,100 M CH 3 COOH

3 50 mL 0,050 M CH COONa 0,4 4,76 5,13 0,37

3

50 mL 0,050 M CH 3 COOH

4 50 mL 0,050 M NH CL 0,3 9,73 10 0,27

4

50 mL 0,150 M NH 3

Side 15

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 15 af 18

Ud fra denne reaktion kan man lave en ligevægtsbrøk:

K_{𝑠} =

[ 𝐻𝐶𝑂_{3}^{−}] ∙ [𝐻_{3} 𝑂^{+}]
[𝐻_{2} 𝐶𝑂_{3}]

K og pK for carbonsyre kan blive slået op i en databog. De oplyste værdier: s s

K_{𝑠} = 4,3 ∙ 10^{−7} 𝑀 𝑝K = 6,4

𝑠

Hvis man kigger på figur 1, side 6, så kan man se at carbonsyre er en svag syre. Eftersom carbonsyre har svært ved at afgive hydroner så betyder det, at reaktionen forløber mod venstre.

Carbonsyre indeholder to hydroner som den kan afgive, hvilket betyder at det er en dihydronsyre.

For carbonsyre får man to reaktionsskemaer, fordi syrer oftest kun afgiver en hydron ad gangen:

Første reaktion: H CO (aq) + H O(l) ⇄ HCO^{-} (aq) + H O^{+} (aq)

2 3 2 3 3

Anden reaktion: HCO^{-} (aq) + H O(l) ⇄ CO^{2-} (aq) + H O^{+} (aq)

3 2 3 3

Afgivelsen af det andet hydron kan også aflæses i en databog. De oplyste værdier:

K_{𝑠} = 4,7 ∙ 10^{−11} 𝑀 𝑝K = 10,3

𝑠

Hydrogencarbonat er meget tæt på at være en meget svag syre, hvilket betyder at den har svært ved at afgive sin hydron. Ligevægten forløber igen mod venstre. Ud fra dette kan man se, at hvis en syre kan afgive flere hydroner, så bliver syren der bliver dannet ved afgivelse af det andet hydron svagere end den syre, som bliver dannet under afgivelse af det første hydron.

Hydrogencarbonat, HCO^{-}, kan altså fungere som både en syre og en base, som det fremgår i de

3 to reaktionsskemaer ovenfor. En kemisk forbindelse som både kan afgive og optage hydroner, bliver kaldt for en amfolyt, og kan altså være med til at regulere pH i en opløsning som f.eks.

blodet. Dannelsen af carbonsyre og hydrogencarbonat bliver fremmet i de røde blodlegemer ved

hjælp af enzymet carboanhydrase. Når CO bliver omdannet til HCO^{-} i de røde blodlegemer, så

2 3

bliver HCO^{-} transporteret ud ved hjælp af cotransport, eftersom Cl^{—} ionerne bliver optaget af de

3

røde blodlegemer, mens de udskiller HCO^{-}. På denne måde kan HCO^{-} være med til reguleringen

3 3

af pH i blodplasma.^{24} Hvis der er for meget CO eller for lidt HCO^{-}, så kan det forårsage

2 3

24

Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.

side 64-64. (Afsnit i bog)

Side 16

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 16 af 18

                               25
syreforgiftning også kaldet acidose. De andre puffersystemer i kroppen udfører en mindre rolle,

som den med carbonsyre og hydrogenphosphat mht. reguleringen af pH i blodet. Men en af de

andre syre, som også er med til at regulere pH i blodet er hydrogenphosphat, HPO^{2-}. For at kunne

4 vise hydrogenphosphats rolle i reguleringen af pH i blodet, så kan man tage udgangspunkt i phosphorsyre. Phosphorsyre er en tryïhydronsyre, da den kan afgive tre hydroner. Phosphorsyre er ifølge databogen en middelstærk syre, fordi den har en pK s på 2,1. Det vil sige, at den kun kan afgive en hydron i det første reaktionsskema:

Første reaktion: H PO + H O ⇄ H PO^{-} + H O^{+}

3 4 2 2 4 3

Phosphorsyre er en middelstærk syre hvilket betyder, at man kan opstille en ligevægtsbrøk for reaktionen, da ligevægten ikke forløber fuldstændigt mod højre:

K_{𝑠} =

[ 𝐻_{2} 𝑃𝑂_{4}^{−}] ∙ [𝐻_{3} 𝑂^{+}]
[𝐻_{3} 𝑃𝑂_{4}]

H PO^{-} er også en syre og med en pK på 7,2, er det en svag syre.

2 4 s

Anden reaktion: H PO^{-} + H O ⇄ HPO^{2-} + H O^{+}

2 4 2 4 3

Ud fra første og anden reaktion kan man se, at H

2 4

PO er en amfolyt, da det både kan reagere som

en syre og en base. Derfor kan den også være med til at regulere pH i en opløsning. HPO^{2-} er dog

4 også en amfolyt, da den kan indgå i en tredje reaktion, hvor den fungerer som en syre:

Tredje reaktion: HPO^{2-} + H O ⇄ PO^{3-} + H O^{+}

4 2 4 3

Med hensyn til blodet, så er det den anden reaktion, som er med til at regulere pH-værdien ude i blodet. Derfor kan man vel godt sige, at kroppen har udviklet nogle gode kemiske processer, som er baseret på puffersystemer og syre-base ligevægt, som kan arbejde sammen i forhold til at håndtere de kemiske forandringer der sker i kroppen, når man dyrker motion.

25

Acidose: Den Store Danske. Udgivet af Redaktionen.

Internetadresse:http://denstoredanske.dk/Krop,_psyke_og_sundhed/Sundhedsvidenskab/Medicinske_nyresy
gdomme/acidose

Side 17

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 17 af 18

Konklusion

En pufferopløsning er en vandig opløsning, som består af en blanding af en svag syre og dens korresponderende basepar eller omvendt. Det vil sige, at der en syre-base ligevægt. Hvis der bliver tilsat noget stærkt syre eller base, så er puffersystemet med til at forhindre en større ændring af pH i opløsningen. Styrkeeksponenten kan være med til at fortælle om det er en svag syre, svag base, stærk syre eller en stærk base osv. Pufferkapaciteten kan blive fundet ved, at man kigger på pH-ændringer i en opløsning. Sker der en mindre pH-ændring i pufferopløsningen, når der tilsættes en stærk syre eller stærk base, så betyder det, at opløsningen har en stor pufferkapacitet.

Størrelsen af pufferkapaciteten afhænger af koncentrationerne af det korresponderende syre-

/basepar, som udgør pufferen. Pufferkapaciteten siger altså noget om en opløsnings evne til at

fastholde sin pH.

Blodet består af hvide blodceller og blodplader, som tilsammen udgør ca. 0,1% af blodets sammensætning, de røde blodlegemer udgør 37-50%, mens resten består af plasma. Hæmoglobin transportere bl.a. O fra lungerne og ud til musklerne vha. blodet. CO bliver også transporteret

2 2 gennem kroppen af de røde blodlegemer ved hjælp af diffusion og syre-base ligevægt.

Under fysisk hårdt arbejde, så sættes kroppen egen syre-base reguleringsmaskine i gang. Fordi under hårdt fysisk arbejde har musklerne brug for mere O

2 for, at kunne opretholde den øgede

stofskifte. Musklerne begynder at producere mere CO og H^{+} som følger af den øgede stofskifte.

2

Hvis mængderne af H^{+} og CO overstiges, så påvirker det ligevægten med carbonsyre, og der

2 kommer til at ske en forskydning i reaktionen. Nyrerne og lungerne reagerer på ændringer ved pH

ved at fjerne HCO^{-}, CO og H^{+} fra blodet.

3 2

Side 18

[navn fjernet] kemi

2.g SRO

Vejleder:

Side 18 af 18

Litteraturliste

Bøger:

Bidstrup, Bodil m.fl.: I: Fysiologibogen - den levende krop. 1. udg. Nucleus, 2006. (bog) Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011. (bog)

Mygind, Helge m.fl.: I: Basiskemi 4. 1. udg. Haase & Søns Forlag, 2014. (bog)

Hjemmesider:

Acidose: Den Store Danske. Udgivet af Redaktionen.

Internetadresse:http://denstoredanske.dk/Krop,_psyke_og_sundhed/Sundhedsvidenskab/Medicins
ke_nyresygdomme/acidose

Le Chateliers princip. Udgivet af Bioanalytikeruddanelsen - netundervisning.

Internetadresse:Bioanalytikeruddanelsen - netundervisning - Besøgt d. (Internet)

Blodets bestanddele. Udgivet af GivBlod. Internetadresse: https://givblod.dk/fakta-om-blod/blodets-
bestanddele/ - Besøgt d. (Internet)