Besinler (karbonhidrat, yağ, protein), Su, Canlılığın devamı için organizmanın gereksinim duyduğu vazgeçilmez faktörlerdir.

(1)

1 Doç.Dr.Erdal BALCAN

Su,

Besinler (karbonhidrat, yağ, protein),

Oksijen,

Isı,

Basınç

Canlılığın devamı için organizmanın gereksinim duyduğu vazgeçilmez faktörlerdir.

•Su, yaşayan sistemlerde büyük ölçüde bulunan bir bileşiktir.

•Bir çok organizmanın %70’den fazlası sudan oluşur.

• Şüphesiz, ilk canlı organizmalar sıvı

ortamlardan çıkmıştır ve evrimsel süreç yaşamın başladığı sıvı medyum ile şekillenmiştir.

•Su yaşam için gereklidir.

•Bütün hücreleri dolduran su,

•besin maddelerinin taşındığı,

•metabolizmanın enzimatik tepkimelerinin ve

•kimyasal enerjinin gerçekleştiğiortamı oluşturur.

•Su molekülü ile suyun iyonizasyon ürünleri olan H ve OH iyonları, enzimler ve diğer proteinler, nukleik asitler ve lipidler gibi hücrelerin tüm bileşenlerinin yapılarını, birbiriyle ilişkilerini ve çeşitli özelliklerini etkilemektedir.

•Vücut neredeyse tüm yağ dokusunu ve proteinlerinin yarıdan fazlasını bile kaybetse yaşamaya devam eder

•%10-15 oranında su kaybı ölümle sonuçlanır

• besin maddelerinin taşınması

• enzimatik tepkimelerinin gerçekleşmesi

• kimyasal enerjinin oluşumu

• Bir çok biyolojik molekül için çözgen

• Metabolik ısıyı absorblar

• Vücut ısısının düzenlenmesinde yardımcı

SUYUN GÖREVĐ SUYUN GÖREVĐ

Suyun özellikleri:

•Yüksek yüzey gerilimi:

•Yüksek kaynama noktası: Moleküler ağırlığına göre kaynama noktası en yüksek sıvı sudur. Örneğin, amonyak molekül ağırlığı yaklaşık 17 olmasına karşın -30 °°°°C’de kaynarken suyun molekül ağırlığı 18’dir ve 100

°°°°C’de kaynar.

•Yoğunluk sıcaklığa bağlıdır: Katı su (buz) sıvı sudan daha az yoğundur. Bu özellik göllerin üstten itibaren donmasına neden olur, böylece balıkların yaşamasına olanak sağlar.

(2)

• Buz su üzerinde bir

örtü oluşturarak

sucul yaşamın devamlılığını

sağlar

7

Doç.Dr.Erdal BALCAN Doç.Dr.Erdal BALCAN 8

SUYUN YÜKSEK YÜZEY GERĐLĐMĐ

Yapısındaki H bağları ile :

(a) Yüzey gerilimi örümcek ağlarında suyu damla haline getirir

(b) Bazı böcekler su üzerinde yürüyebilir

Su, bir dipoldür. Oksijenin 6 dış elektronundan ikisi hidrojen ile kovalent bağ oluşturur. Diğer dört elektron bağ oluşturmaz ve iki çift oluşturur.

Bu çiftler kısmi negatif yükün bir odağıdırlar ve hidrojen atomları kısmen pozitif yüklü hale gelir.

Pozitif ve negatif yükler birbiriyle bağlanır ve hidrojen ve oksijen atomları arasında hidrojen bağları oluşur.

BĐR SU MOLEKÜLÜNÜN OLUŞUMU

Oluşan küme, suya yapışkansızlık özelliğini verir. Bu sıvı fazda moleküllerin yerleşimi düzensiz H-bağları nedeniyle düzensizdir. Su donduğunda H-bağları kafes şeklinde su molekülleri oluşturur.

SUYUN VE HĐDROJEN BAĞININ SUYUN VE HĐDROJEN BAĞININ

ÖZELLĐKLERĐ ÖZELLĐKLERĐ

(3)

13

15

Su molekülleri arasında oluşan hidrojen bağları, oda sıcaklığında suyun sıvı halde bulunmasını ve kristal su (buz) için karakteristik olan aşırı düzenli moleküllerin oluşmasını sağlar.

Buz içinde her bir su molekülü maksimum 4 hidrojen bağı oluşturur. Böylece düzenli bir kristal kafes şekli oluşur. Oysa oda sıcaklığı ya da atmosferik basınç altındaki sıvı fazda her bir su molekülü ortalama 3,4 H bağı oluşturur. Buzdaki kristal kafes yapısı, sıvı sudaki aynı sayıda su moleküllerinden daha fazla yer kapladığı için buz, sıvı haldeki sudan daha az yoğundur ve bu nedenle suyun üzerinde kalmaktadır¹⁸ Doç.Dr.Erdal BALCAN

(4)

Sıvıların çoğu donduklarında , yapılarında bulunan moleküller birbirine daha çok yakınlaşır . Su donduğunda ise moleküller birbirinden uzaklaşır ve sıvı haldekine göre daha fazla yer kaplar . Bu nedenle buzun yoğunluğu , yani ağırlığı sıvı haldeki suya göre azalır ve buz suda yüzer.

Buzda su molekülleri hidrojen bağları aracılığı ile rijit durumdadır

Su molekülleri hareket ederken hidrojen bağları sürekli olarak yıkılır

Gaz durumunda su hidrojen bağı oluşturmaz

Katı su (buz) Sıvı su Gaz su

21

SIVI SĐSTEMLERDEKĐ ZAYIF ETKĐLEŞĐMLER Polar biyomoleküller suda kolaylıkla çözülür, çünkü bu moleküller su-su etkileşimlerini su-solut etkileşimleri haline getirir.

Non-polar biyomoleküller su-su etkileşimlerine engel olurlar, ancak su-solut etkileşimi oluşturamazlar. Bunun sonucu olarak da nonpolar moleküller suda çözülmezler. Sıvı solüsyonlarda nonpolar moleküller birlikte kümeler oluştururlar.

Suda kolaylıkla çözülen bileşenlere hidrofilik denir. Bunun tersine, kloroform ve benzen gibi nonpolar çözücülerde çözülen bileşenlere hidrofobik adı verilir. Amfipatik bileşenler polar (ya da yüklü) ve nonpolar bölgeler içerirler. Amfipatik bileşenler su ile karıştırıldığında iki zıt durumla karşılaşır: polar ya da yüklü hidrofilik bölge solventle etkileşir ve çözülmeye gider, ancak nonpolar hidrofobik bölge tam tersi bir davranışla su ile etkileşmekten kaçınır.Doç.Dr.Erdal BALCAN ²⁴

(5)

Su, solusyonları oluşturur

• Bir solüsyon iki ya da daha fazla bileşenin homojen olarak karışımından meydana gelir.

• Solvent + Solute Solusyon

• Şekerli su, tuzlu su, Pepsi

Solvent

• Çözücü ajan (çözgen)

• Su

• Metan

Solüt

• Çözülen bileşen

• Tuzlu sudaki tuz

• Şekerli sudaki şeker

Hydrofilik Moleküller (su-seven)

• Suda çözülen bileşenler…tuz, şeker…

Hidrofobik Moleküller (sudan korkan)

• Suda çözünmezler…yağlar, mumlar…

SUYUN ĐYONĐZASYONU, ZAYIF ASĐTLER ve ZAYIF BAZLAR

Su moleküllerinde çok küçük oranlarda hidrojen (H+) ya da hidroksil (OH-) iyonlarına ayrışma olmaktadır.

Çözeltilerine H iyonu verebilen maddeler asit Çözeltilerinden H iyonu alabilen maddeler baz

(6)

ASĐT

ASĐT--BAZ ve TAMPON SĐSTEM KAVRAMI BAZ ve TAMPON SĐSTEM KAVRAMI

Vücutta asit-baz dengesinin düzenlenmesi aslında hidrojen iyon konsantrasyonunun düzenlenmesi anlamına gelir.

H iyon konsantrasyonundaki çok küçük sapmalar bile hücrelerdeki kimyasal reaksiyonlarda belirgin değişimler yaratarak bazı tepkimeleri baskılar bazılarını da hızlandırır.

Bu nedenle H iyon konsantrasyonunun düzenlenmesi homeostasis için büyük önem taşır.

Kimyada Tampon çözeltiler Organizmalarda Tampon sistemler

Asit: proton verici molekül ya da iyonlar. H⁺ düzeyini arttırarak pH’yı düşürürler.

Baz: proton alıcısı molekül ya da iyonlar. H⁺ düzeyini düşürerek pH’yı arttırırlar

ASĐT

ASĐT--BAZ ve TAMPON SĐSTEM KAVRAMI BAZ ve TAMPON SĐSTEM KAVRAMI

Tampon çözelti: bir asit ya da baz ilavesiyle pH’ı önemli ölçüde değiştirmeden H⁺iyonu ekleyen ya da çıkartan çözeltilerdir. Bir zayıf asit ile onun konjuge bazından ya da zayıf bir baz ile onun kojuge asidinden oluşur. Yani tampon madde bir eriyiğe kuvvetli bir asit ya da baz eklendiğinde olabilecek değişikliği en aza indirir.

Konjuge asit-baz çiftinin bulunduğu ve pH değişimlerine karşı direnç gösteren çözeltilerdir.

Vücutta asit-baz dengesinin düzenlenmesi aslında hidrojen iyon konsantrasyonunun düzenlenmesi anlamına gelir. H iyon konsantrasyonundaki çok küçük sapmalar bile hücrelerdeki kimyasal reaksiyonlarda belirgin değişimler yaratarak bazı tepkimeleri baskılar bazılarını da hızlandırır. Bu nedenle H iyon konsantrasyonunun düzenlenmesi homeostasis için büyük önem taşır.

Asit H⁺+ Baz

HA H⁺ + A^-(A; HA’nın konjuge bazıdır, HA; A’nın konjuge asididir) (A ve HA asit-baz çiftidir)

B^- + H⁺ BH (B; BH’nin konjuge bazıdır, BH; B’nin konjuge asididir) (B ve BH asit-baz çiftidir)

HCO3+ H H2CO3 (karbonik asit-bikarbonat T.S.)

pH 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 7.0 6.9 [H⁺] 16 20 26 32 40 50 63 80 100 125

6.8 160

Alkalemi Asidemi

(7)

37

VÜCUT SUYU VÜCUT SUYU

Bir insanın ortalama %60-80’i sudan oluşur.

VÜCUT SIVISINI ETKĐLEYEN FAKTÖRLER VÜCUT SIVISINI ETKĐLEYEN FAKTÖRLER

1. Genotip 2. Yaş

3. Ortam sıcaklığı 4. Beslenme kalitesi 5. Fizyolojik koşullar

VÜCUT SIVISININ KAYNAĞI VÜCUT SIVISININ KAYNAĞI

1. Besinler, içkiler 2. Metabolik olaylar

VÜCUT SIVISININ KAYBI VÜCUT SIVISININ KAYBI 1. Đdrar

2. Feçes 3. Ter

4. Fizyolojik (laktasyon, gebelik)

(8)

TOPLAM VÜCUT TOPLAM VÜCUT

SIVISI SIVISI

ĐNTRASELLÜLER SIVI (ISS) ĐNTRASELLÜLER SIVI (ISS) Toplam vücut sıvısının 2/3’sini oluşturur.

Major katyonu K⁺’dur.

EKSTRASELLÜLER SIVI (ESS) EKSTRASELLÜLER SIVI (ESS) Toplam vücut sıvısının 1/3’ünü oluşturur.

Major katyonu Na⁺²dur

Đnterstisyel sıvı Đnterstisyel sıvı ESS’nin ¾’ünü oluşturur

Plazma Plazma ESS’nin ¼’ünü oluşturur Ortalama ağırlıkta (70 kg) bir kişide toplam su miktarı yaklaşık 40 litre (vücut ağırlığının %57’si) kadardır. Vücut sıvıları su ve su içinde çözünmüş maddeleri içerir.Doç.Dr.Erdal BALCAN ⁴³

•

Đnterstisyel

sıvı Ekstrasellüler sıvı

Đntrasellüler Đntrasellüler sıvı sıvı

Đntrasellüler:

Đntrasellüler:hücre içindeki sıvıhücre içindeki sıvı Ekstrasellüler:

Ekstrasellüler:hücre dışındaki sıvıhücre dışındaki sıvı Đnterstisyel:

Đnterstisyel:doku hücrelerini çevreleyen sıvıdoku hücrelerini çevreleyen sıvı Plazma:

Plazma:kanın sıvı kısmıkanın sıvı kısmı Plazma

VÜCUT SIVILARININ DAĞILIMI

Diğer Plazma Đnterstisyel Đntrasellüler

Toplam vücut sıvısı yüzdesi

45

Đntrasellüler Sitoplazma

Ekstrasellüler Plazma Lenfatik sıvı Serebrospinal sıvı Đdrar

Sindirim sıvıları

Yaşamın sürdürülebilmesi için gerekli reaksiyonlar

Destek ürünlerinin, atıkların ve bilginin taşınması

Besinlerin yıkımı

VÜCUT SIVILARI

(9)

Hücre içerisinde potasyum ve fosfat Đnterstisyel sıvıda sodyum ve klorür Plazmada sodyum ve klorür

VÜCUT SIVILARINDAKĐ ĐYONLAR

Đnterstisyel Đnterstisyel sıvı ile sıvı ile plazma arasındaki plazma arasındaki değişimler

değişimler hidrostatik hidrostatik ve

veonkotikonkotik ((osmotikosmotik) ) basınca

basıncabağlıdır. bağlıdır.

Hidrostatik basınç ve Hidrostatik basınç ve osmotik

osmotik basınç ters basınç ters yönde etkilidir.

yönde etkilidir.

Hidrostatik basınç Hidrostatik basınç etkin olduğunda sıvıyı etkin olduğunda sıvıyı zarın öteki tarafına iter, zarın öteki tarafına iter, osmotik

osmotik basınç ise basınç ise zarın öteki tarafından zarın öteki tarafından sıvıyı kendi tarafına sıvıyı kendi tarafına çeker.

çeker.

Normalde kanın hidrostatik ve Normalde kanın hidrostatik ve onkotik

onkotik basıncı basıncı interstisyelinterstisyel sıvınınkinden çok daha yüksek sıvınınkinden çok daha yüksek olduğu için madde ve gaz olduğu için madde ve gaz alışverişinde önem kazanırlar.

alışverişinde önem kazanırlar. ⁵⁰

Doç.Dr.Erdal BALCAN

Herhangi bir su kitlesinde, suyun yüzeyindeki basınç atmosfer basıncına eşittir, fakat yüzeyden aşağıya doğru her 13.6 mm mesafede basınç 1 mm Hg yükselir. Suyun ağırlığından kaynaklanan bu basınca hidrostatik basınç denir.

Kapiller yatağının artere yakın bölümünde hidrostatik basınç yüksektir (35 mmHg), sıvı damardan dokuya geçer. Venüle yakın kapiller bölümünde osmotik basınç ön plana geçer ve doku sıvısını damara çeker. Bu arada doku sıvısının elektrolitleri ve küçük moleküllü proteinleri de damara girer. Doç.Dr.Erdal BALCAN ⁵²

Ekstrasellüler ve intrasellüler sıvıların normal hacim ve bileşimlerinin devamlılığı yaşamın sürdürülebilirliğiaçısından büyük önem taşır.

Bu sürdürülebilirlikte rol alan üç tip homeostasis bulunur:

Hacim=Sıvı dengesi (ödem, dehidratasyon, hiperemi)

Elektrolit dengesi (hipo-hipernatremi, hipo- hiperkalemi, hipo-hiperkalsemi ….)

Asit-baz dengesi (asidoz, alkaloz)Doç.Dr.Erdal BALCAN ⁵³ 54 Hücre içi O.B.

Hücre içi O.B.

>hücre dışı O.B.

>hücre dışı O.B. Hücre içi O.B. = Hücre içi O.B. = hücre dışı O.B.

hücre dışı O.B. Hücre içi O.B. < Hücre içi O.B. <

hücre dışı O.B.

(10)

Hücre dışındaki Osmotik basınç daha fazlaDoç.Dr.Erdal BALCAN ⁵⁵

HACĐM = SIVI DENGESĐ

Hücrelerin normal yapı ve fonksiyonlarını

sürdürebilmeleri için onları besleyen vücut sıvılarının, Belirli bir hacimde

Belirli bir kimyasal yapıda olmaları Belirli bir hızda hareket etmeleri gerekir.

Vücut sıvılarının bu özelliklerindeki bozukluklar sonucunda çeşitli patolojik tablolar ortaya çıkar ÖDEM

ÖDEM::Hücre içi sıvının artışı ve seröz boşluklarda sıvı birikimi

DEHĐDRATASYON

DEHĐDRATASYON:: Vücuttaki su miktarının normalin altına düşmesi

HĐPEREMĐ

HĐPEREMĐ:: Dokunun damarları içindeki kan miktarının artması (Aktif Hiperemi: arteriollerin genişlemesi ile dokuya gelen kan miktarının artması, Pasif Hiperemi: venalardaki kan akımının

yavaşlaması) Doç.Dr.Erdal BALCAN 57 hiperemi

ödem ödem

Vücut

Vücut sıvılarınınsıvılarının kimyasalkimyasal yapılarıyapıları yaya dada pHpH değerideğeri, enzimlerin katalitik aktivitelerive

biyolojik makromoleküller

üzerine etkilidir. Bu nedenle kan ve idrarda pH ölçümü hastalıkların tanınmasında yararlı olur.

Normal koşullarda ekstrasellüler sıvıların pH’ı 7.35- 7.45 (ortalama 7.4) arasındadır.

ASĐT-BAZ DENGESĐ

Vücudun

Vücudun intrasellülerintrasellüler kısmındakısmında metabolikmetabolik faaliyetler

faaliyetler sonucusonucu oluşanoluşan ürünlerürünler (fosforik(fosforik asit,asit, sülfirik

sülfirik asit,asit, HClHCl,, laktiklaktik asitlerasitler gibigibi organikorganik asitler)asitler) vücudun

vücudun reaksiyonunureaksiyonunu asitasit tarafatarafa kaydırırkaydırır..

Organizmanın bunu önlemesi (yani pH’ın 7.4’de sabit tutulması) 3 temel mekanizma ile olur:

A.

A.KanKan veve hücrelerhücreler içindekiiçindeki tampontampon sistemlersistemler B.

B.SolunumSolunum (CO(CO₂₂atılımı)atılımı) C.

C.BöbreklerBöbrekler (inorganik(inorganik asitDoç.Dr.Erdal BALCANasit atılımı)atılımı) ⁶⁰

(11)

Vücut metabolizması sırasında üç çeşit asit üretilir:

Karbondioksit (karbonik asit) akciğerlerden akciğerlerden atılırlar

atılırlar

Organik asitler (laktik asit ve keton cisimleri) vücut tarafından kullanılırlar

vücut tarafından kullanılırlar

Đnorganik asitler (kükürtlü amino asitlerden ve

organik fosfor içeren bileşiklerden kaynaklanırlar) böbreklerden atılırlar

böbreklerden atılırlar

Asit Kaynak Normal Akıbet Günlük

Üretim (mmol) CO₂(karbonik

asit)

Hücresel solunum Akciğerlerle atılır

20 000

Organik Asitler Laktik asit Keton cisimleri

Mineral Asitler Sülfirik asit Fosforik asit

Anaerobik glikoliz Yağ asidi oksidasyonu

Kükürtlü amino asitler Organik fosfor içeren bileşikler

Glukoneogenez Doku oksidasyonu

Böbreklerle atılır

1000

70 Đnsanlarda üretilen asitler

Đnsanlarda üretilen asitler

Organizmanın pH’ı 7.4’de sabit tutmasındaki 3 temel mekanizma:

A. A.Kan Kan ve ve hücreler hücreler içindeki içindeki tampon tampon sistemler

sistemler B.

B.Solunum Solunum (CO (CO

₂₂

atılımı) atılımı) C.

C.Böbrekler Böbrekler (inorganik (inorganik asit asit atılımı) atılımı)

A. KAN VE EKSTRASELLÜLER SIVIDAKĐ A. KAN VE EKSTRASELLÜLER SIVIDAKĐ

TAMPONLAR:

Ekstrasellüler

Ekstrasellüler ve ve intrasellülerintrasellüler sıvıda dört ana tampon grup sıvıda dört ana tampon grup vardır:

vardır:

1.

1. Karbonik asitKarbonik asit--bikarbonat tampon sistemibikarbonat tampon sistemi 2.

2. Protein tampon sistemiProtein tampon sistemi 3.

3. Hemoglobin tampon sistemiHemoglobin tampon sistemi 4.

4. Fosfat tampon sistemiFosfat tampon sistemi Tampon (Baz) H⁺+ HCO₃ H⁺+ HPO₄ H⁺+ Hb^- H⁺+ Prot^-

H tampon (asit) H₂CO3 CO₂+H₂O H₂PO₄

H.Hb (deoksihemoglobin) H.Prot

Biyolojik Tampon Sistemleri

Karbonik asit-bikarbonat tampon sistemi: ESS’nin en önemli tampon sistemidir

Fosfat tampon sistemi: idrar ve ISS’nın pH’nın tamponlanmasında görevlidir.

Protein tampon sistem: ESS ve ISS’deki pH’ın düzenlenmesine yardımcı olur. Bu tampon sistemi diğer tampon sistemleriyle

etkileşir. Doç.Dr.Erdal BALCAN ⁶⁵

TAMPON SĐSTEMLER

ISS ESS

KARBONĐK ASĐT- BĐKARBONAT T.S.

FOSFAT T.S.

Hemoglobin TS (sadece eritrositler)

Plazma protein TS PROTEĐN

TAMPON SĐSTEMLER

Amino asit TS (tüm proteinler) HÜCRE

(12)

1. KARBONĐK ASĐT

1. KARBONĐK ASĐT--BĐKARBONAT TAMPON SĐSTEMĐBĐKARBONAT TAMPON SĐSTEMĐ

-Kan plazması ile akciğerler arasında görev yapar.

-Primer görevi, ESS’deki organik ve fikse asitler gibi etkenlerin neden olduğu pH değişikliğini önlemektir.

-Proton vericisi olarak HH22COCO33, proton alıcısı olarak HCOHCO33

bulunur.

-Denge eşitliği: HH⁺⁺ ++ HCOHCO33--== HH22COCO33

-Bu denklemde H⁺ eklenmesi dengeyi sağa kaydırır.

Karbonik asit göreceli olarak kuvvetli bir asittir. Bu yüzden oluşabilecek problemler karbonik asidin erimiş CO2 ile dengeye girmesi ile çözümlenebilir: HH22COCO33== COCO22 ++ HH22OO -Bu sistem yaklaşık pH 7.4’de tamponlama yapar.

67

OH^- OH^-+ H⁺

69

Doç.Dr.Erdal BALCAN 70 Doç.Dr.Erdal BALCAN

: Karbonik anhidraz HHb: deoksihemoglobin

HbO2: oksihemoglobin (oksijenlenmiş hemoglobin)

HCO3 : H⁺iyonlarını tamponlar. (karbonik asit-bikarbonat T.S.) HCO3

HHb O2

HbO2 H⁺ H2CO3

H2O CO2

eritrosit

akciğerler

: Karbonik anhidraz

HHb: deoksihemoglobin (H⁺iyonlarını tamponlar-Hemoglobin T.S.) O 2

salınımı

HbO: oksihemoglobin (oksijenlenmiş hemoglobin CO2+ H2O

H2CO3

H⁺ HCO3-

HbO2-

HHb O2

Kapiller eritrosit

Dokular Klorid iyonları elektrolit dengesini sürdürmek için içeriye girer

(13)

HEMOGLOBĐN ve CO

HEMOGLOBĐN ve CO22TRANSPORTUTRANSPORTU

Hemoglobin, CO2nin akciğerlere transportunda sınırlı bir rol oynar.

•Mevcut CO2 nin yaklaşık %25’i bir hemoglobin kompleks olankarbaminohemoglobinkarbaminohemoglobinolarak transfer edilir:

HB + CO2 HbCO2

•%5’ plazmada çözünmüş olarak taşınır

•%70’ i ise bikarbonat iyonu (HCO3-) şeklinde akciğerler tarafından alınır.

2. FOSFAT TAMPON SĐSTEMĐ 2. FOSFAT TAMPON SĐSTEMĐ -Bütün hücrelerin sitoplazmalarında görev alır.

-Önemli bir idrar tamponudur.

-Proton vericisi olarak H₂PO₄^-(dihidrojen fosfat) proton alıcısı olarak HPO4-2 (monohidrojen fosfat) bulunur.

- pH 6.4-7.4 arasında tamponlama yapar.

Asidik bir solüsyonda monohidrojen fosfat ortamdan bir proton alarak tamponlama yapar . Bazik bir ortamda dihidrojen fosfat proton salarak tamponlama yapar . Bu nedenle fosfat tampon sistemi içinde bulunduğu solüsyona bağlı olarak hidrojen iyonu alır ya da verir.

11

22 11

22

3. PROTEĐN TAMPON SĐSTEMĐ 3. PROTEĐN TAMPON SĐSTEMĐ

ESS ve ISS’de pH düzenlenmesini yapan bir tampon sistemdir.

Proteinler tampon olarak görev yaparlar. Bikarbonat iyonu oluşumu sırasında ortaya çıkan H⁺iyonları kan proteinleri tarafından absorbe edilir.

75

Doç.Dr.Erdal BALCAN 76

Nötral solüsyonlarda (pH= 7.0) amino asitler çift iyonize formda olur. Böyle dipolar iyonlara zwitterionzwitterionik(Almanca hibrit) denir.

Düşük pH’lı solüsyonlarda karboksilat iyonları (-COO^-) bol hidrojen iyonları ile rekombine olur (katyon).

Yüksek pH’lı solüsyonlarda H iyonlarının azlığı, amino grubunun ya da karboksilat iyonunun hidrojen iyonu bağlama şansını azaltır (anyon)

NH NH33++

COO COO^--

COO COO^-- COOHH NHH33++

NH NH22

C C

C H

H

H R

R R

Plazma proteinlerikanın tamponlama kapasitesini arttırırlar.

Đnterstisyel sıvı pH’nın düzenlenmesine yardımcı ekstrasellüler protein fibrilleriveamino asitler içerir. Aktive bir hücrenin ISS’da yapısal proteinler ve diğer proteinler hücresel metabolizma ile oluşturulan piruvik asit, laktik asit gibi organik asitlerin neden olduğu yıkıcı pH değişikliklerini önlerler. ESS ile ISS arasında bir değişim olduğu için protein tampon sistemi ESS’nın pH’ının stabilitesine de yardımcı olur.

Örneğin: ESS’nın pH’ı azaldığı zaman hücreler H iyonlarını ESS’nın dışına pompalarlar ya da ISS’ya alarak hücre içi proteinlerle tamponlanmasına neden olurlar. ESS’nın pH’ı arttığında hücre içinden hücre dışına H iyonları pompalanır.

ISS’nın yaklaşık %5’ini oluşturan eritrositler normalde plazma içerisinde bulunur. Bu hücreler yoğun olarak hemoglobin ve karbonik anhidraz enzimi içerir. Bu hücrelerin (eritrositlerin) ESS’da pH’ya önemli bir etkisi vardır, çünkü bu hücreler CO2’ i absorblar ve onu karbonik aside dönüştürür. CO2 eritosit membranını kolaylıkla geçer. Karbonik asit disosiye olurken HCO3

iyonları klorür kayması yoluyla plazmaya geçer. H iyonları ise hemoglobin molekülleri tarafından tamponlanır. Bu, hemoglobin tampon sistem olarakadlandırılır.

Bu tampon sistemi, ESS’nın pH’sı üzerine ani etkili tek ISS tampon sistemidir. Hb tampon sistemi, plazma PCO2düzeyi düştüğünde ya da yükseldiğinde ortaya çıkan şiddetli pH değişikliklerinin engellenmesinde yardımcı olur.

4. HEMOGLOBĐN TAMPON SĐSTEMĐ 4. HEMOGLOBĐN TAMPON SĐSTEMĐ

(14)

: Karbonik anhidraz

HHb: deoksihemoglobin (H⁺iyonlarını tamponlar) O 2salınımı HbO₂: oksihemoglobin (oksijenlenmiş hemoglobin)

CO₂+ H₂O H2CO3

H⁺ HCO₃^- HbO2-

HHb O2

Dokular Klorid iyonları elektrolit dengesini sürdürmek için içeriye girer

HCO3

HHb O2

HbO2 H⁺ H2CO3

H2O CO2

: Karbonik anhidraz

HHb: deoksihemoglobin (H+ iyonlarını tamponlar) O2 salınımı

HbO2: oksihemoglobin (oksijenlenmiş hemoglobin)Doç.Dr.Erdal BALCAN ⁸⁰

H⁺düzeyinin düzenlenmesinde önemli bir rol oynar.

Tamponlama

Tamponlama yeteneği,yeteneği, yapısındakiyapısındaki aminoamino asitlerinasitlerin polarpolar gruplarına

gruplarına bağlıdırbağlıdır..

Oksijenin yaklaşık %98’i hemoglobin tarafından taşınır.

Oksihemoglobin oksijenli form Deoksihemoglobin oksijensiz form

Ortalama bir kişi her 100 ml kanda yaklaşık 15 gram hemoglobin taşır

ESS’nın pH’ı üzerine ani etkili tek ISS tampon sistemidir. Hb tampon sistemi plazma PCO2 düzeyi düştüğünde ya da yükseldiğinde ortaya çıkan şiddetli pH değişikliklerinin engellenmesinde yardımcı olur.

HEMOGLOBĐN TAMPON SĐSTEM

81

Karbonik Karbonik asit/bikarbonat asit/bikarbonat tampon sistemi tampon sistemi Protein tampon Protein tampon sistemi sistemi

Protein Protein tampon sistemi tampon sistemi Fosfat tampon Fosfat tampon sistemi sistemi

Hemoglobin Hemoglobin tampon sistemi tampon sistemi

Ekstrasellüler Ekstrasellüler sıvısıvı

Đntrasellüler sıvı Đntrasellüler sıvı

Organizmanın pH’ı 7.4’de sabit tutmasındaki 3 temel mekanizma:

A. A.Kan Kan ve ve hücreler hücreler içindeki içindeki tampon tampon sistemler

sistemler B.

B.Solunum Solunum (CO (CO

₂₂

atılımı) atılımı) C.

C.Böbrekler Böbrekler (inorganik (inorganik asit asit atılımı) atılımı)

(15)

B. SOLUNUM B. SOLUNUM

Solunum sisteminin asıl görevikan gazlarıdiye tanımlanan oksijen(O2) ve karbondioksit (CO2) in değiştirilmesidir.

Akciğerler,

Akciğerler, karbondioksidikarbondioksidi uzaklaştırarakuzaklaştırarak yaya dada muhafazamuhafaza ederek

ederek asitasit--bazbaz dengesinindengesinin düzenlenmesindedüzenlenmesinde yardımcıyardımcı olurolur..

pH solunum hızının ve derinliğinin değişimi ile düzenlenebilir.

Hiperventilasyon

Hiperventilasyon::solunumun hızının ve derinliğinin artması.

Kanda CO2azalır, pH

Hipoventilasyon

Hipoventilasyon:: solunum hızının ve derinliğinin azalması.

Kanda CO2artar, pH

••AAAAAAAAkciğerdekciğerdekciğerdekciğerdekciğerde havakciğerdekciğerdekciğerdehavahavahavahava değişimininhavahavahavadeğişiminindeğişiminindeğişiminindeğişiminin ((((((((ventilasyondeğişiminindeğişiminindeğişimininventilasyonventilasyonventilasyonventilasyon) ) ) ) ) ) ) ) sağlanmasıventilasyonventilasyonventilasyonsağlanmasısağlanmasısağlanmasısağlanması, , , , , , , , sağlanmasısağlanmasısağlanması

••alveollerdealveollerdealveollerdealveollerdealveollerdealveollerdealveollerdealveollerde kankankankankankankankan gazlarınıngazlarınıngazlarınıngazlarınıngazlarınıngazlarınıngazlarınıngazlarının değişimideğişimideğişimideğişimideğişimideğişimideğişimideğişimi, , , , , , , ,

••Kanda Kanda Kanda Kanda Kanda Kanda Kanda Kanda gazlarıngazlarıngazlarıngazlarıngazlarıngazlarıngazlarıngazların taşınmasıtaşınmasıtaşınmasıtaşınmasıtaşınmasıtaşınmasıtaşınmasıtaşınması, , , , , , , ,

••DokudaDokudaDokudaDokudaDokudaDokudaDokudaDokuda gazlarıngazlarıngazlarıngazlarıngazların değişimigazlarıngazlarıngazlarındeğişimideğişimideğişimideğişimideğişimideğişimideğişimi veveveveveveveve

••HHHHHHHHücredeücredeücredeücredeücredeücredeücredeücrede solunumsolunumsolunumsolunumsolunum. . . solunumsolunumsolunum

1.

1. PERĐFERĐK DOKULARPERĐFERĐK DOKULAR 2.

2. AKCĐĞERLERAKCĐĞERLER ⁸⁵

PERĐFERĐK

PERĐFERĐK DOKULARDOKULAR

Eritrositler periferik dokulara oksijen sağlarlar ve CO₂metabolizmasında anahtar bir rol oynarlar.

Hücre içinde oluşan CO₂ ekstrasellüler sıvıya difüze olarak PCO₂nı arttırır.

Eritrositlere geçen CO₂ burada karbonikkarbonik anhidrazanhidraz enzimi ile hidrolize edilerek H⁺ve HCO₃^-a ayrılır.

Arteryel kana göre kısmi basıncı (PO₂) dokularda daha düşük olduğu için oksijenoksijen hemoglobinden ayrılarak dokulara geçer

(PO₂ O2ile bağlanan Hb yüzdesi )

: Karbonik anhidraz

HHb: deoksihemoglobin (H⁺iyonlarını tamponlar) O2salınımı HbO2: oksijenlenmiş hemoglobin

CO₂+ H₂O H2CO3

H⁺ HCO3-

HbO2-

HHb O2

Dokular

Klorid iyonları elektrolit dengesini sürdürmek için içeriye girer 1.

1. PERĐFERĐK DOKULARPERĐFERĐK DOKULAR

(PO2)

(PCO2 )

AKCĐĞERLER AKCĐĞERLER

Gazların taşınma işlemi akciğerlerde tersine döner. PCO2

akciğerlerde düşük olduğu için karbondioksit ekstrasellüler sıvıdan alveollere difüze olur.

Bikarbonat gradient farkından dolayı eritrositlere difüze olur ve klorür iyonu ekstrasellüler ortama döner. Alveollerde PO2

venöz kana göre daha yüksek olduğu için oksijen eritrositlere difüze olarak Hb’e bağlanır.

Karbondioksit sudan başka Hb ile de reaksiyona girerek karbominohemoglobin (HbCO2) bileşiğini oluşturarak da salınır.

HCO3

HHb O2

HbO2 H⁺ H2CO3

H2O CO2

: Karbonik anhidraz

HHb: deoksihemoglobin (H+ iyonlarını tamponlar) O2

salınımı

HbO2: oksihemoglobin (oksijenlenmiş hemoglobin) 2. AKCĐĞERLER 2. AKCĐĞERLER

(PCO2 ) (PO2)

(16)

Karbondioksidin alveollerden atılması ve hemoglobinin oksijenlenmesi solunum merkezi tarafından kontrol edilen solunum hızına bağlıdır. Hipotalamusta yer alan merkezdeki reseptörler karbondioksit ve H+ miktarlarındaki artışlara yanıt verir Böylece PCO2 yükseldiğinde veya pH düştüğünde solunum hızı artar. Ayrıca aorta ve karotis damarlarında oksjen basıncındaki değişikliklere duyarlı kemoreseptörler vardır.

Akciğerlerde O₂hemoglobin tarafından tutulur.

Kan hücrelere ulaştığı zaman O2hemoglobinden ayrılır:

HEMOGLOBĐN ve OKSĐJEN TAŞINIMI

HEMOGLOBĐN ve CO

HEMOGLOBĐN ve CO22TRANSPORTUTRANSPORTU

Hemoglobin, CO2nin akciğerlere transportunda sınırlı bir rol oynar.

•Mevcut CO2 nin yaklaşık %25’i bir hemoglobin kompleks olankarbaminohemoglobinkarbaminohemoglobinolarak transfer edilir:

HB + CO2 HbCO2

•%5’ plazmada çözünmüş olarak taşınır

•%70’ i ise bikarbonat iyonu (HCO3-) şeklinde akciğerler tarafından alınır.

KAN GAZLARI VE ÖNEMĐ:

Oksijen ve karbon dioksidin arter, ven veya kapiller kandaki kısmi basınçlarınakan gazlarıadı verilir.

1.Tanı amaçlı akciğerlerin oksijenlenme kapasitesinin değerlendirilmesi.

2.Tanı amaçlı kandaki oksijen basıncının değerlendirilmesi.

3.Solunum yeterliliğinin değerlendirilmesi

4.Asit-baz dengesinin değerlendirilmesinde önemlidir.

Referans değerler:PO2(arteriyel): 80-105 mmHg PCO2(arteriyel): 35-50 mmHg

Arttığı Haller:PO2: oksijen tedavisi PCO2: Solunumsal asidoz, kompanse metabolik alkoloz.

Azaldığı Haller:PO2: Hipoksemi, kardiyak outputun azalması, karbon monoksit zehirlenmesi, anestezi, solunumsal distres sendromu, alveolar hipoventilasyon. PCO2: Solunumsal alkaloz, kompanse metabolik asidozDoç.Dr.Erdal BALCAN 95

Organizmanın pH’ı 7.4’de sabit tutmasındaki 3 temel mekanizma:

A. A.Kan Kan ve ve hücreler hücreler içindeki içindeki tampon tampon sistemler

sistemler B.

B.Solunum Solunum (CO (CO

₂₂

atılımı) atılımı) C.

C.Böbrekler Böbrekler (inorganik (inorganik asit asit atılımı) atılımı)

(17)

C. BÖBREKLER C. BÖBREKLER

Böbrekler, bikarbonat geri emilimi ve H⁺ iyonları ile asidik anyonların atılması başta olmak üzere asit-baz dengesinde bir çok önemli role sahiptir. Asidik durumlarda H⁺iyonlarının fazlalığı atılır, daha fazla bikarbonat iyonları yapılır ve kan pH’ı artar. Bazik durumlarda bikarbonat iyonları elimine edilerek kan pH’ı azaltılır.

pH dengesinin düzenlenmesi uzun sürer.

Böbrekler,

Böbrekler, bikarbonatbikarbonat veve hidrojenhidrojen iyonlarınıniyonlarının salınımınasalınımına yaya da

da tutulmasınatutulmasına nedenneden olarakolarak dengeyidengeyi sağlarsağlar..

KAYNAKLAR

1. Lehninger Principles of Biochemistry. Nelson DL, Cox MM, 4th ed. W.

H. Freeman ed 2004

2. Basic Concepts in Biochemistry. HF second ed. McGraw Hill 2000.

3. Biochemistry. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. 5th ed. Freeman and Com. 2002

4. Molecular Biology of the Cell Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. 5th ed. 2008