Wichtige Puffer in lebenden Systemen

Ein Puffer ist eine chemische Substanz, die dazu beiträgt, einen relativ konstanten pH-Wert in einer Lösung aufrechtzuerhalten, selbst wenn Säuren oder Basen hinzugefügt werden. Pufferung ist in lebenden Systemen wichtig, um eine ziemlich konstante innere Umgebung aufrechtzuerhalten, die auch als Homöostase bekannt ist. Kleine Moleküle wie Bicarbonat und Phosphat bieten ebenso wie andere Substanzen wie Hämoglobin und andere Proteine ​​eine Pufferkapazität.

Die Aufrechterhaltung des Blut-pH-Wertes wird über den Bicarbonatpuffer reguliert. Dieses System besteht aus Kohlensäure und Bicarbonationen. Wenn der pH-Wert des Blutes in den sauren Bereich fällt, wirkt dieser Puffer unter Bildung von Kohlendioxidgas. Die Lunge stößt dieses Gas während des Atmungsprozesses aus dem Körper aus. Unter alkalischen Bedingungen bringt dieser Puffer den pH-Wert zurück auf neutral, indem er die Ausscheidung der Bicarbonationen über den Urin verursacht.

Das Phosphatpuffersystem wirkt ähnlich wie der Bicarbonatpuffer, hat jedoch eine viel stärkere Wirkung. Die innere Umgebung aller Zellen enthält diesen Puffer, der Hydrogenphosphationen und Dihydrogenphosphationen umfasst. Unter Bedingungen, in denen überschüssiger Wasserstoff in die Zelle eindringt, reagiert er mit den Hydrogenphosphat-Ionen, die diese aufnehmen. Unter alkalischen Bedingungen nehmen die Dihydrogenphosphat-Ionen die überschüssigen Hydroxid-Ionen auf, die in die Zelle gelangen.

Proteine ​​bestehen aus Aminosäuren, die durch Peptidbindungen zusammengehalten werden. Die Aminosäuren besitzen eine Aminogruppe und eine Carbonsäuregruppe. Bei physiologischem pH-Wert liegt die Carbonsäure als Carboxylat-Ion (COO^-) mit negativer Ladung und die Aminogruppe existiert als NH³⁺ Ion. Wenn der pH sauer wird, nimmt die Carboxylgruppe überschüssige Wasserstoffionen auf, um in die Carbonsäureform zurückzukehren. Wenn der pH-Wert des Blutes alkalisch wird, wird ein Proton aus dem NH. freigesetzt³⁺ -Ion, das die NH takes₂ bilden.

Das im Blut vorhandene respiratorische Pigment Hämoglobin hat auch eine Pufferwirkung im Gewebe. Es hat die Fähigkeit, sich zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder an Protonen oder an Sauerstoff zu binden. Bindung des einen löst das andere aus. Beim Hämoglobin erfolgt die Bindung von Protonen im Globin-Anteil, während die Sauerstoffbindung am Eisen des Häm-Anteils erfolgt. Zum Zeitpunkt der Übung werden Protonen im Überschuss erzeugt. Hämoglobin hilft bei der Pufferwirkung, indem es diese Protonen bindet und gleichzeitig molekularen Sauerstoff freisetzt.