STX 2.g
Studieretningsopgaven i 2.g
STX 2.g
Valgte studieretningsfag:
Fag og niveau:
Kemi A
Fag og niveau:
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”.
[navn fjernet] kemi
2.g SRO
Vejleder:
Side 2 af 18
Blodets kemi
Lavet af: [navn fjernet]
[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
[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
2
CP
3
, carbon dioxide, CO
2
, and
bicarbonate ion, HCO
3
-
.
[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
4
+
og NH
3
. Den følgende ligevægt indstiller sig:
H
2
O(l) + NH
3
(aq) OH
-
(aq) + NH
4
+
(aq)
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)
[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
2
O både er den
korrespondere syre til OH
-
og den korresponderende base til H
3
O
+
. Læser man reaktionsskemaet
fra højre mod venstre, så kan man se, at NH
4
+
afgiver en hydron til OH
-
. Hvis man omvendt læser
fra venstre mod højre, så afgiver H
2
O et hydron til NH
3.
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
3
optræder som en
base, og H
2
O optræder som en syre. Til højre i reaktionsskemaet kan man se, at NH
4
+
optræder
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
2
O(l) + NH
3
(aq) OH
-
(aq) + NH
4
+
(aq)
syre
1
base
2
base
1
syre
2
I det foregående reaktionsskema er syre
1
og base
1
hinandens korresponderende syre-basepar.
Som det kan ses i reaktionsskemaet, så er syren H
2
O korresponderende til basen OH
-
. Fordi ved
optagelse af et hydron, så bliver OH
-
til H
2
O, og afgiver H
2
O et hydron, så bliver det til OH
-
. Det
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
1
+ B
2
B
1
+ S
2
Læser man fra venstre mod højre, så kan man se, at syren S
1
afgiver en hydron til basen B
2
.
På den måde bliver S
1
omdannet til sit korresponderende base B
1
, og B
2
bliver omdannet til sit
korresponderende syre S
2
.
4
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)
[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
3
O
+
(aq) + NH
3
(aq) H
2
O(l) + NH
4
+
(aq)
Her bliver den stærke syre H
3
O
+
brugt ved reaktion med puffersystemets base. Derved bliver H
3
O
+
erstattet af NH
4
+
, som er en svag syre, hvilket resulterer i en meget lille ændring i pH-værdien for
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
s
-værdi.
5
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
s
, eller ved
at kigge på syrens styrkeeksponent, pK
s
. Figur 1 viser inddelingen af bl.a. K
s
og pK
s
.
7
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
[navn fjernet] kemi
2.g SRO
Vejleder:
Side 8 af 18
Styrkeeksponenten er defineret som minus titalslogaritmen til talværdien af styrkekonstanten:
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:
S(aq) + H
2
O(l) B(aq) + H
3
O
+
(aq)
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
og
, og man får
pufferligningen:
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)
[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
2
, der kan
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
[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
2
, som bliver optaget direkte i blodplasmaet er meget lille, da der
kun bliver optaget omkring 3 mL O
2
pr. liter blod. O
2
diffundere dog også ind i de røde
blodlegemer, hvor at O
2
binder sig til hæmoglobinmolekylerne, som også er med til at give
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
2
-molekyle. Det betyder
at et enkelt hæmoglobinmolekyle kan binde fire O
2
-molekyler. Hvis der bliver bundet et O
2
-
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
200 mL O
2
pr. liter blod.
14
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
[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
ilttransporten i kroppen.
15
Ved et pO
2
på 133 mbar kan der blive opløst omkring 3mL O
2
i
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
2
i alveoler og lungekapillærer.
16
.
Inde i lungerne er det 0,5 μm mellem
blodet og O
2
-molekylerne i
alveolerne. O
2
er et upolært stof,
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
2
Hb(O
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
2
og pCO
2
i alveoler og lungekapillærer
Kilde: Schou, Benthe: Syrer. Bidstrup, Bodil og Benthe
Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011. side 63
[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
2
i
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
2
ud i kapillærerne, så optager det på samme tid CO
2
, som det
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
2
og optagelse af CO
2
. En større del af disse kuldioxid molekyler reagerer med vand,
som tilsammen danner hydrogencarbonat:
CO
2
+ H
2
O HCO
3
-
+ H
+
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)
[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
2
og H
+
i musklerne end hvad det i
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
2
og H
+
, og det bliver fjernet
igen via blodet. Transporten og anvendelsen af dioxygen, samt fjernelse og produktion af CO
2
og
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
[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
2
CO
3
vil afgive en
hydron til vandet, da det er en syre:
H
2
CO
3
(aq) + H
2
O(l) HCO
3
-
(aq) + H
3
O
+
(aq)
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
før
Beregnet pH
efter
Beregnet ΔpH
1
50 mL demineraliseret vand
5,3
7
12,29
5,29
2
50 mL 0,100 M CH
3
COONa
50 mL 0,100 M CH
3
COOH
0,2
4,76
4,93
0,18
3
50 mL 0,050 M CH
3
COONa
50 mL 0,050 M CH
3
COOH
0,4
4,76
5,13
0,37
4
50 mL 0,050 M NH
4
CL
50 mL 0,150 M NH
3
0,3
9,73
10
0,27
[navn fjernet] kemi
2.g SRO
Vejleder:
Side 15 af 18
Ud fra denne reaktion kan man lave en ligevægtsbrøk:
K
s
og pK
s
for carbonsyre kan blive slået op i en databog. De oplyste værdier:
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
2
CO
3
(aq) + H
2
O(l) HCO
3
-
(aq) + H
3
O
+
(aq)
Anden reaktion: HCO
3
-
(aq) + H
2
O(l) CO
3
2-
(aq) + H
3
O
+
(aq)
Afgivelsen af det andet hydron kan også aflæses i en databog. De oplyste værdier:
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
3
-
, kan altså fungere som både en syre og en base, som det fremgår i de
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
2
bliver omdannet til HCO
3
-
i de røde blodlegemer, så
bliver HCO
3
-
transporteret ud ved hjælp af cotransport, eftersom Cl
—
ionerne bliver optaget af de
røde blodlegemer, mens de udskiller HCO
3
-
. På denne måde kan HCO
3
-
være med til reguleringen
af pH i blodplasma.
24
Hvis der er for meget CO
2
eller for lidt HCO
3
-
, så kan det forårsage
24
Schou, Benthe: Blodets kemi. Bidstrup, Bodil og Benthe Schou: I: Bioteknologi 4. 1. udg. Nucleus, 2011.
side 64-64. (Afsnit i bog)
[navn fjernet] kemi
2.g SRO
Vejleder:
Side 16 af 18
syreforgiftning også kaldet acidose.
25
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
4
2-
. For at kunne
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
3
PO
4
+ H
2
O H
2
PO
4
-
+ H
3
O
+
Phosphorsyre er en middelstærk syre hvilket betyder, at man kan opstille en ligevægtsbrøk for
reaktionen, da ligevægten ikke forløber fuldstændigt mod højre:
H
2
PO
4
-
er også en syre og med en pK
s
på 7,2, er det en svag syre.
Anden reaktion: H
2
PO
4
-
+ H
2
O HPO
4
2-
+ H
3
O
+
Ud fra første og anden reaktion kan man se, at H
2
PO
4
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
4
2-
er dog
også en amfolyt, da den kan indgå i en tredje reaktion, hvor den fungerer som en syre:
Tredje reaktion: HPO
4
2-
+ H
2
O PO
4
3-
+ H
3
O
+
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
[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
2
fra lungerne og ud til musklerne vha. blodet. CO
2
bliver også transporteret
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
2
og H
+
som følger af den øgede stofskifte.
Hvis mængderne af H
+
og CO
2
overstiges, så påvirker det ligevægten med carbonsyre, og der
kommer til at ske en forskydning i reaktionen. Nyrerne og lungerne reagerer på ændringer ved pH
ved at fjerne HCO
3
-
, CO
2
og H
+
fra blodet.
[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)