Вакуоля. Кіслотнасць, pH і буферы

Вы знаходзіцеся: Вакуоля

Кіслотнасць і шчолачнасць. Кіслатой завуць рэчыва, здольнае аддаваць пратон (Н+), а падставай - рэчыва, здольнае яго далучаць. Калі дадаць да якой-небудзь воднай сістэмы кіслату, то канцэнтрацыя пратонаў у сістэме павялічыцца; калі ж дадаць падставу, тое яно будзе далучаць пратоны і тым самым змяншаць іх канцэнтрацыю. Гэта ў сваю чаргу прывядзе да ўзрастання канцэнтрацыі іёнаў ЁН, таму што пры дысацыяцыі вады паміж Н+, ЁН- і Н2О падтрымліваецца раўнавага.

Такім чынам, у водных сістэмах кіслотнасць=[Н+], а шчолачнасць=[ЁН-] (квадратныя дужкі азначаюць тут канцэнтрацыю ў грам-атамах ці грам-малекулах на літр, т. е. молярность раствора). У водных растворах [Н+]Х[ЁН-]=10-14. Паколькі [Н+] і [ЁН-] злучаны зваротна прапарцыйнай залежнасцю, мы можам, ведаючы [Н+], вызначыць [ЁН-]. У нейтральным растворы (з роўнымі канцэнтрацыямі іёнаў вадароду і гідраксілу) [Н+] =[ЁН-]=10-7 М.

рн. Кіслотнасць клеткавага соку вагаецца ў раслін ад 10-1 да 10-7 М, т. е. можа адрознівацца ў мільён разоў. Пры такім вялікім дыяпазоне адрозненняў для выгоды даводзіцца выяўляць кіслотнасць у лагарыфмічнай шкале, праз дзесятковы лагарыфм канцэнтрацыі вадародных іёнаў (выяўленай у моль/л), узяты са зваротным знакам. Для гэтай велічыні прынята пазначэнне рн:

Такім чынам, калі [Н+]= 10-хм, то рн=х. Адпаведна зніжэнне рн на адну адзінку азначае дзесяціразовае павелічэнне кіслотнасці, а падвышэнне на адну адзінку - дзесяціразовае яе памяншэнне.

Кіслотнасць для раслін вельмі важная, і ў прыватнасці важная для іх росту. Аптымальны для дзейнасці ферментаў, дыяпазон рн вельмі вузкі - звычайна ферменты найболей актыўныя пры значэннях рн, блізкіх да нейтральнага. У цытаплазме падтрымліваецца рн~7 дзякуючы буферам (гл. ніжэй), а таксама помпам, якія перапампоўваюць іёны Н+ у вакуолю ці з вакуолі. Вакуоля ў раслін служыць рэзервуарам для арганічных кіслот, таму рн яе змесціва вагаецца звычайна ў межах 3,5-5,5; аднак у клетках некаторых пладоў рн вакуолярного соку роўны 1,0. Актыўнасць АТР-генеравальных сістэм у хларапластах і мітахондрыях залежыць ад рознасці рн паміж двума бакамі мембраны, якая атачае арганэлу.

Калі біяхімікі вылучаюць якія-небудзь арганэлы ці рэчывы з раслінных клетак, яны заўсёды сочаць за тым, каб якое экстрагуе асяроддзе было адпаведнай выявай забуфе-рена (звычайна ў межах рн 6-8), т. е. каб якія змяшчаюцца ў клеткавых вакуолях кіслаты былі нейтралізаваны, бо ў адваротным выпадку можа адбыцца дэнатурацыя клеткавых ферментаў. Рост раслін у вялікай ступені залежыць ад рн глебавага раствора, галоўным чынам таму, што менавіта рн вызначае даступнасць змешчаных у глебе пажыўных рэчываў, а крайнія значэнні рн могуць абумоўліваць таксама і таксічныя эфекты (аптымальным для росту апыняецца звычайна рн, блізкі да нейтральнага; гл. гл. 7 і 14).

Якая тытруецца кіслотнасць. Праўдзівую кіслотнасць расліннага соку выяўляюць праз канцэнтрацыю вадародных іёнаў, а якая тытруецца кіслотнасць вызначаюць па колькасці шчолачы, выдаткоўванай на нейтралізацыю соку (на давядзенне яго рн да 7). Прадказаць якая тытруецца кіслотнасць па канцэнтрацыі вадародных іёнаў немагчыма, таму што ў раслінным соку ўтрымоўваюцца слабыя кіслоты, у якіх ступень дысацыяцыі малая. Праўдзівая кіслотнасць роўная якая тытруецца толькі ў тым выпадку, калі кіслата цалкам диссоциирована, т. е. калі гэта моцная кіслата. Па вызначэнні

Пры поўнай дысацыяцыі 1 н. НС1 адпавядае рн 0, паколькі -lgl=0. (У рэчаіснасці, аднак, дысацыяцыя не бывае поўнай і 1,0 н. НС1 адпавядае рн 0,10.)

Слабой кіслатой завуць такую кіслату, у якой диссоциирована толькі невялікая частка малекул. У 1 н. воцатнай кіслаце (СНЗСООН) дзель диссоциированных малекул складае ўсяго 0,42%.

Такім чынам, 1 н. СН3СООН, адпавядае рн 2,37, паколькі -lg 0,0042=2,37.

Аднак, хоць праўдзівая кіслотнасць 1 н. НС1 у 200 з лішнім раз вышэй, чым у 1 н. СНЗСООН, на тытраванне роўных аб'ёмаў гэтых раствораў расходуецца адно і тое ж колькасць шчолачы. Справа ў тым, што, па меры таго як шчолач злучае іёны Н+ у растворы воцатнай кіслаты, частка раней недиссоции-рованных малекул воцатнай кіслаты диссоциирует, так што агульная колькасць диссоциированной формы ўвесь час падтрымліваецца на ўзроўні .0,42%, Іншымі словамі, колькасць іёнаў Н+ у растворы бесперапынна папаўняецца, пакуль усе патэнцыйна прысутнічалыя ў :нямы доны Н+ не будуць злучаны шчолаччу.

Буферы. У раслінных клетках утрымоўваюцца так званыя буферы - змясі рэчываў, здольныя падтрымліваць рн на сталым узроўні. У слабой кіслаты амаль усе яе якія тытруюцца вадародныя іёны прысутнічаюць у выглядзе патэнцыйных іёнаў Н+. Таму калі прыгатаваць сумесь з такой кіслаты і якой-небудзь яе солі, то нават пры даданні вялікіх колькасцяў Н+- ці ЁН~-іёнаў рн асяроддзі будзе заставацца практычна сталым. Падобную сумесь завуць 'буферам' за яе здольнасць прадухіляць змены рн. Для слабой кіслаты НА (дзе А азначае любы аніён, напрыклад ацэтат)

У стане раўнавагі стаўленне паміж недиссоциированными малекуламі і іёнамі застаецца сталым; у слабой кіслаты яно можа быць, напрыклад, роўна 9НА: 1Н+ : 1А-. З даданнем той ці іншай падставы раўнавага парушаецца, бо ўводзяцца ЁН--іёны, якія злучаюць іёны Н+. Аднак характэрнае для раўнавагі стаўленне неадкладна зноў аднаўляецца дзякуючы дысацыяцыі некаторай часткі малекул НА, запас якіх вельмі вялікі; таму канцэнтрацыя вадародных іёнаў [Н+] застаецца практычна нязменнай.

Для таго каб рн не змяняўся таксама і пры даданні іёнаў Н+, буфер павінен мець яшчэ і рэзерв аніёнаў (А-). З гэтай мэтай да яго дадаюць соль слабой кіслаты, диссоциирующуюся ў высокай ступені; для NaA, напрыклад, стаўленне недиссоциированных малекул да іёнаў можа быць роўна 1 NaA:9Na+: : 9 А-. Калі кіслату і соль змешваюць, усталёўваецца новая раўнавага, але ўтрыманне недиссоциированных малекул НА (крыніца іёнаў Н+, здольных злучацца з ЁН--іёнамі) і аніёнаў А- (здольных злучацца з іёнамі Н+) застаецца высокім. Пры роўных колькасцях кіслаты і салі рн будзе падтрымлівацца на сталым узроўні. Калі, напрыклад, дадаць адну кроплю канцэнтраванай НС1 да 1 л воды, тое гэта зменшыць рн на 3,7 ед; але калі то ж колькасць АЛЕ дадаць да 1 л буферы, які складаецца з 0,1 н. слабой кіслаты і яе солі, тое даданне НС1 практычна наогул не акажа ўплывы на рн. Менавіта такім чынам забуферено змесціва клеткавых вакуоляў: у ім прысутнічаюць арганічныя кіслоты, напрыклад цытрынавая ці яблычная, і адначасова солі гэтых кіслот.

Буферы ў пратаплазме. У пратаплазме галоўнымі буферамі служаць вавёркі і амінакіслоты, таму што сумарны зарад амінакіслот можа быць як дадатным, так і адмоўным, у залежнасці ад рн. Дадаваныя іёны Н+ далучаюцца да карбаксільных груп малекулы, а дадаваныя іёны ЁН- злучаюцца з іёнамі Н+, якія адшчапляюцца ад яе амінагруп. Для таго каб уявіць сабе гэта, трэба звярнуцца да агульнай формулы амінакіслот, намаляванай на мал. 2.12.