ความเห็นเพิ่มเติมที่ 3 23 พ.ค. 2550 (16:20) สมดุลเคมีในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม
การดำรงชีวิตของมนุษย์จะเกี่ยวข้องกับกระบวนการและปฏิกิริยาต่างๆภายในร่างกาย ซึ่งเกิดขึ้นในลักษณะชองสมดุลไดนามิก เช่น กระบวนการหายใจและแลกเปลี่ยนแก๊สในระบบหมุนเวียนเลือด ในภาวะปกติขณะที่ร่างกายพักผ่อน ผู้ชายจะใช้ O2 ประมาณ 250 มิลลิลิตรต่อนาที และมีความต้องการเพิ่มขึ้นเมื่อทำกิจกรรมหรือออกแรงมากขึ้น O2 จะถูกลำเลียงไปยังส่วนต่างๆของร่างกายโดยรวมไปกับโมเลกุลของฮีโมโกลบิน (Hb) ซึ่งเป็นโปรตีนในเม็ดเลือดแดง โมเลกุลของฮีโมโกลบินที่รวมอยู่กับ O2 เรียกว่า ออกซีฮีโมโกลบิน เขียนสมการอย่างง่ายๆแสดงได้ดังนี้
Hb + O2 ------> HbO2
ฮีโมโกลบิน ออกซีฮีโมโกลบิน
ขณะที่หายใจเข้า O2 จะผ่านหลอดลมฝอยและเข้าสู่ถุงลมปอด ความดันของ O2 ในถุงลมวกับฮีโมโกลบิน ปฏิกิริยาจะดำเนินไปข้างหน้า เมื่อเลือดไหลเวียนไปยังเนื้อเยื่อต่างๆของร่างกายซึ่งจำเป็นต้องใช้ O2 เพื่อทำกิจกรรมต่างที่เป็นผลจากเมทาบอลิซึม O2 ในเลือดจึงถูกปล่อยออกมา ปฏิกิริยาจะเกิดในทิศทางย้อนกลับเพื่อเพิ่มปริมาณ O2 เนื่องจากกระบวนการทั้งสองนี้ดำเนินไปอย่างต่อเนื่องรวมทั้งมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเท่ากัน จึงทำให้มีภาวะสมดุลเกิดขึ้น
ในกระบวนการหายใจ นอกจากจะมีการปรับสมดุลของ O2 แล้ว ให้พิจารณาสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในกระบวนการเมทาบอลิซึมของกลูโคส ซึ่งใช้ออกซิเจนดังต่อไปนี้
C6H12O6 + 6O2 ------> 6CO2 + 6H2O + พลังงาน
กลูโคส
จากสมการทำให้ทราบว่าในการเผาผลาญกลูโคส 1 โมเลกุล จะต้องใช้ O2 จำนวนมากและทำให้เกิด CO2 มากด้วยเช่นกัน เมื่อ CO2 ที่เนื้อเยื่อมีปริมาณสูงขึ้น CO2 จะแพร่เข้าสู่เลือดในหลอดเลือดฝอยเพื่อส่งผ่านไปยังปอด ซึ่ง CO2 จะทำปฏิกิริยากับน้ำเกิดเป็นกรดคาร์บอนิก (H2CO3) และแตะตัวอยู่ในรูปของไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน (HCO3) กับไฮโดรเจนไอออน (H+) ดังสมการ
CO2 + H2O -----> H2CO3 H+ + HCO3-
เมื่อไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนถูกส่งถึงหลอดเลือดฝอยรอบถุงลมปอด ซึ่งภายในถุงลมปอดมีความดันของ CO2 น้อย ปฏิกิริยาจะเกิดย้อนกลับเพื่อเพิ่มความดัน โดย CO2 ในหลอดเลือดฝอยจะแพร่เจ้าสู่ถุงลมปอดและถูกขับออกจากปอดในขณะที่เราหายใจออก ระบบการขนส่ง O2 และ CO2 ของร่างกายแสดงดังรูป
จากการศึกษาพบว่าในเลือดของคนที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ที่สูงกว่าระดับน้ำทะเลมากๆจะมีความเข้มข้นของฮีโมโกลบินเม็ดเลือดแดงสูง แสดงว่าภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกันเป็นปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของระบบต่างๆภายในร่างกาย ดังนั้นผู้ที่ต้องเดินทางไปในพื้นที่ที่สูงกว่าระดับน้ำทะเลมากๆ อาจเกิดอาการที่เรียกว่า ไฮพอกเซีย (hypoxia) ซึ่งเกิดจากที่มีออกซิเจนไปเลี้ยงเนื้อเยื่อของร่างกายไม่เพียงพอ ในรายที่เป็นรุนแรงอาจถึงตายได้
เราทราบมานานแล้วว่าหน้าที่หลักของฮีโมโกลบินคือการขนส่งออกซิเจนไปเลี้ยงส่วนต่างๆของร่างกาย ซึ่งเขียนสมการอย่างง่ายแสดงปฏิกิริยาได้ดังนี้
Hb + O2 ---> HbO2
ฮีโมโกลบิน ออกซีฮีโมโกลบิน
ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา คือ K = [HbO2]
[Hb][O2]
เนื่องจากความดันของออกซิเจนที่ระดับความสูงจากระดับน้ำทะเลมากๆ มีค่าต่ำกว่าความดันของออกซิเจนในบรรยากาศมีค่าประมาณ 0.14 บรรยากาศ ส่วนความดันย่อยของออกซิเจนในบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลมีค่าประมาณ 0.2 บรรยากาศ ดังนั้นการอยู่ในที่ระดับความสูงมากๆ จึงมีปริมาณของ O2 ในอากาศลดลง ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นในที่นี้คือออกซิเจนลดลง ปฏิกิริยาย้อนกลับจะเกิดมากขึ้น ทำให้ปริมาณของออกซีฮีโมโกลบินลดลง เป็นผลให้การขนส่ง O2 ไปเลี้ยงเนื้อเยื่อส่วนต่างๆได้น้อยลง จึงทำให้เกิดอาการไฮพอกเซีย อย่างไรก็ตามถ้าอยู่ในบริเวณนั้นนานๆ ร่างกานสามารถปรับตัวโดยสร้าง Hb ในเลือดให้เพิ่มมากขึ้นจนมีผลให้ฮีโมโกลบินสามารถจับกับ O2 เกิดเป็นออกซีฮีโมโกลบินได้อย่างเพียงพอ ด้วยเหตุนี้คนที่อยู่ในบริเวณที่มีความสูงมากๆ จึงมีระดับความเข้มข้นของฮีโมโกลบินในเลือดสูงกว่าของคนที่อยู่ที่ระดับน้ำทะเลปกติ เนื่องจากกระบวนการทั้งสองเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเท่ากัน ในที่สุดระบบก็จะปรับตัวเข้าสู่ภาวะสมดุล
นอกจากนี้ยังสามารถใช้ความรู้เกี่ยวกับสมดุลเคมีอธิบายสมดุลของแคลเซียมในร่างกายได้อีกด้วย แคลเซียมจัดเป็นธาตุที่มีปริมาณมากที่สุดในร่างกายของมนุษย์ โดยคิดเป็นร้อยละ 1.5 2 ของน้ำหนักร่างกายผู้ใหญ่ ปริมาณแคลเซียมในร่างกายร้อยละ 98-99 เป็นองค์ประกอบของฟันและกระดูก ส่วนที่เหลือจะอยู่ในเนื้อเยื่อและกระแสเลือด หน้าที่หลักของแคลเซียมในร่างกายคือการเสริมสร้างและซ่อมแซมกระดูกและฟัน นอกจากนี้ยังมีส่วนร่วมในการทำงานของเอนไซม์ กระบวนการเมทาบอลิซึมของวิตามินดี การหดตัวของกล้ามเนื้อ การเต้นของหัวใจ การแข็งตัวของเลือด การเจริญเติบโตของกระดูกจะถึงจุดสูงสุดเมื่ออายุประมาณ35 ปี และหลังจากอายุ 40 ปี จะเกิดการสูญเสียแคลเซียมในกระดูกไปร้อยละ 1 2 ต่อปี เมื่ออายุประมาณ 65 ปี จะสูญเสียแคลเซียมได้ถึงร้อยละ 30 50 ต่อปี การสูญเสียแคลเซียมของผู้หญิงจะเกิดเร็วในช่วงภาวะหมดประจำเดือน สำหรับผู้ชายจะมีการสูญเสียที่น้อยกว่า
เพื่อให้การทำงายของระบบต่างๆในร่างกายอยู่ในสภาพปกติ จึงต้องมีการรักษาระดับแคลเซียมในเลือดให้คงที่และอยู่ในภาวะสมดุลกับปริมาณแคลเซียมในกระดูก ภายใต้การควบคุมของวิตามินดีและพาราทอร์โมน การลดปริมาณแคลเซียมในเลือดเพียงเล็กน้อยจะไปกระตุ้นให้มีการปลดปล่อยแคลเซียมจากกระดูก เพิ่มการดูดซึมแคลเซียมจากลำไส้พร้อมกับลดการสูญเสียทางปัสสาวะ หรือขณะที่ร่างกายอยู่ภาวะที่มีการซ่อมแซมกระดูกที่แตกหักก็จะเกิดการดูดซึมแคลเซียมเข้าไปในกระแสเลือดเพิ่มมากขึ้น กระบวนการที่เกิดขึ้นตามที่กล่าวมาแล้วมีลักษณะของสมดุล
ไดนามิกทั้งสิ้น
สมดุลเคมีนอกจากจะเกิดขึ้นในระบบต่างๆของร่างกายตามที่กล่าวมาแล้ว ยังเกิดกับปรากฎการณ์ต่างๆในธรรมชาติอีกด้วย เช่น วัฎจักรของคาร์บอน อะตอมของคาร์บอนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางเคมีต่างๆ ทั้งในสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิต ทำให้เกิดสารประกอบของคาร์บอนจำนวนมาก สารประกอบของคาร์บอนอาจจะสะสมในรูปของมวลชีวภาพ สารอินทรีย์ที่ตกตะกอนทับถมกัน หรือในรูปของคาร์บอเนตในหินปูนในเปลือกหอยและปะการัง
สารประกอบของคาร์บอนจะมีการหมุนเวียนกลับสู่บรรยากาศและแหล่งน้ำได้โดยกระบวนการหายใจ การเผาไหม้และการเน่าเปื่อย เมื่อ CO2 ถูกปล่อยออกมาในบรรยากาศ บางส่วนจะคงอยู่ในบรรยากาศ บางส่วนจะละลายลงในแหล่งน้ำ มหาสมุทร หรือละลายในน้ำฝนแล้วซึมลงดิน ปริมาณของแก๊ส CO2 ในบรรยากาศกับในแหล่งน้ำบนพื้นโลกจะอยู่ในภาวะสมดุลกัน
การเพิ่มปริมาณ CO2 ให้กับบรรยากาศจะมีผลให้เกิดการละลายของ CO2 ลงในแหล่งน้ำมากขึ้น เพื่อลดผลของการรบกวนสมดุลตามหลักของเลอชาเตอลิเอ ซึ่งในที่สุดก็จะปรับเข้าสู่สมดุลใหม่ การละลายน้ำของแก๊ส CO2 เป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้น้ำในธรรมชาติมีสภาพเป็นกรด ปัจจุบันแก๊ส CO2 ในบรรยากาศมีปริมาณเพิ่มขึ้น เพราะว่ามีการเผาไหม้เชื้อเพลิงจำนวนมากในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม การขับเคลื่อนยามพาหนะที่ใช้สัญจร และในการดำรงชีวิตประจำวัน รวมทั้งการทำลายป่า มีผลทำให้ฝนที่ตกลงมาและน้ำในแหล่งต่างๆมีความเป็นกรดเพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาจากการละลายของ CO2 ที่ทำให้มีสภาพความเป็นกรดเป็นดังนี้
CO2 (g) + H2O(l)----> H2CO3 (aq)
H2CO3 (aq) + H2O(l) -----> H3O+(aq) + HCO3 - (aq)
ปฏิกิริยารวม CO2 (g) + 2H2O(l) -----> H3O+(aq) + HCO3 - (aq)
สภาพความเป็นกรดของน้ำในสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆ ตัวอย่างที่พบเห็นในธรรมชาติ เช่น การเกิดหินงอกและหินย้อน ซึ่งเกิดจากน้ำที่มีสภาพความเป็นกรดไหลซึมผ่านพื้นดินและทำปฏิกิริยากับหินปูน จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นแคลเซียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต แคลเซียมไฮโดรเจนคาร์บอเนตจะละลายในน้ำที่ซึมผ่านจนอิ่มตัวและอาจมีความเข้มข้นถึง 200 ppm เมื่อน้ำไหลซึมผ่านเข้าไปในถ้ำซึ่งมี CO2 ในบรรยากาศเข้มข้นประมาณร้อยละ 0.04 สารละลายดังกล่าวจะอยู่ในภาวะสมดุลกับบรรยากาศภายในถ้ำ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้
CO2 (g) + 2H2O(l) ---> H3O+(aq) + HCO3 -(aq)
CaCO3 (s) + H3O+(aq) --> Ca2+ (aq) + HCO3 - (aq) + H2O(l)
ปฏิกิริยารวม CaCO3 (s) + H2O(l) + CO2 (g) --> Ca2+ (aq) + 2HCO3-(aq)
ในปฏิกิริยารวมข้างต้นนี้ ปฏิกิริยาไปข้างหน้าถึงการละลายน้ำของ CO2 จากอากาศหรือจากการเน่าเปื่อยของซากพืชและสัตว์ในดิน ทำให้น้ำมีสภาพเป็นกรด ถ้าสารละลายมีความเป็นกรดสูงจะละลาย CaCO2 จากแหล่งหินปูนได้ดี หินปูนจึงเกิดการผุกร่อนเป็นโพรงหรือถ้ำได้ เมื่อสารละลายไหลไปตามผนังหรือหยดลงบนพื้นถ้ำและน้ำหรือ CO2 สามารถแยกตัวออกจากสารละลายได้ ปฏิกิริยาจะเกิดย้อนกลับ เป็นผลให้มี CaCO2 ตกผลึกแยกออกมาเกิดเป็นหินย้อยตามเพดานหรือหินงอกบนพื้นภายในถ้ำ ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดได้ช้ามาก ต้องใช้เวลานานหลายร้อยหลายพันปีกว่าจะได้หินย้อยและหินงอกที่มีสภาพใหญ่โตและสวยงามดังที่เห็นดังรูป
ความรู้เพิ่มเติม
เม็ดเลือดแดงของคนมีรูปร่างกลมแบน ตรงกลางเว้าทั้งสองด้าน ไม่มีนิวเคลียส ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 7.5 ถึง 8.5 ไมครอน เม็ดเลือดแดงมีสีแดง เนื่องจากฮีโมโกลบินที่มีธาตุเหล็กเป็นองค์ประกอบ ดังนั้นการขาดธาตุเหล็กทำให้ไม่สามารถสร้างเม็ดเลือดแดงและอาจเกิดโรคโลหิตจางได้ ในเลือด 1ลูกบาศก์มิลลิเมตร เพศชายจะมีเม็ดเลือดแดงอยู่ประมาณ 5 - 5.5 ล้านเม็ด ส่วนเพศหญิงจะมีประมาณ 4.5 5 ล้านเม็ด ไขกระดูกจะสร้างเม็ดเลือดแดงขึ้นมาทดแทนทุกวันประมาณร้อยวะ 1 ของจำนวนนี้ เม็ดเลือดแดงมีอายุเฉลี่ยประมาณ 100 120 วัน
มวลชีวภาพ (biomass)
หมายถึง อินทรีย์สารจากพืชและสัตว์ ซึ่งเมื่อนำไปผ่านกระบวนการย่อยสลายด้วยความร้อนหรือกระบวนการทางชีวเคมี จะเปลี่ยนไปเป็นพลังงาน ตัวอย่างมวลชีวภาพที่ใช้เป็นแหล่งพลังงานได้แก่ ไม้ วัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร มูลสัตว์
พาราทอร์โมน หรือพาราไทรอยด์ ฮอร์โมน (PTH)
เป็นฮอร์โมนที่สร้างจากต่อมพาราไทรอยด์ มีหน้าที่หลักในการควบคุมภาวสมดุลของแคลเซียมและฟอสฟอรัสในร่างกาย ซึ่งได้แก่
- การเคลื่อนย้ายแคลเซียมและฟอสฟอรัสออกจากกระดูกและการดูดซึมกลับ
- การเพิ่มการดูดซึมกลับของแคลเซียมที่ไต
- การเพิ่มการดูดซึมของแคลเซียมที่ลำไส้
- การลดการดูดซึมของฟอสฟอรัสที่ไต
Mupmip 
ร่วมแบ่งปัน389 ครั้ง - ดาว 210 ดวง
ตอบแล้ว:
14
