Puffer sind Chemikalien, die einer Flüssigkeit helfen, ihre sauren Eigenschaften zu ändern, wenn andere Chemikalien hinzugefügt werden, die normalerweise eine Änderung dieser Eigenschaften bewirken. Puffer sind essentiell für lebende Zellen. Dies liegt daran, dass Puffer den richtigen pH-Wert einer Flüssigkeit aufrechterhalten. Was ist pH-Wert? Es ist ein Maß dafür, wie sauer eine Flüssigkeit ist. Zitronensaft zum Beispiel hat einen niedrigen pH-Wert von 2 bis 3 und ist sehr sauer – ebenso der Saft in Ihrem Magen, der Nahrung abbaut. Da saure Flüssigkeiten Proteine zerstören können und Zellen voller Proteine sind, müssen Zellen innerhalb und außerhalb ihrer Zellen Puffer haben, um ihre Proteinmaschinen zu schützen. Der pH-Wert in einer Zelle beträgt etwa 7, was als neutral gilt wie reines Wasser.
Was ist ein Puffer?
Das Gegenteil einer Chemikalie, die eine Säure ist, ist eine Chemikalie, die eine Base ist, und beide können in einer Flüssigkeit vorkommen. Eine Säure gibt ein Wasserstoffion in eine Flüssigkeit ab, während eine Base ein Wasserstoffion aus der Flüssigkeit aufnimmt. Je mehr frei schwebende Wasserstoffionen in einer Flüssigkeit vorhanden sind, desto saurer wird diese Flüssigkeit. So machen Säuren eine Flüssigkeit sauer, und Basen machen eine Flüssigkeit basischer – basisch ist eine andere Art, weniger sauer zu sagen. Puffer sind Chemikalien, die leicht Wasserstoffionen in einer Flüssigkeit freisetzen oder aufnehmen können, was bedeutet, dass sie einer pH-Änderung widerstehen können, indem sie kontrollieren, wie viele frei schwebende Wasserstoffionen vorhanden sind. Die pH-Skala reicht von 0 bis 14. Ein pH von 0 bis 7 gilt als sauer und ein pH von 7 bis 14 als basisch. Ein pH-Wert von 7 in der Mitte ist neutral und ist reines Wasser. Unterschiedliche Puffer behalten unterschiedliche pH-Werte bei, aber die in einer Zelle halten einen pH-Wert von etwa 7,2.
Vor versehentlichem Verschütten schützen
Tierische Zellen enthalten Beutel, die Lysosomen genannt werden. Diese Beutel sind das Recyclingzentrum der Zelle. Das Innere dieser Beutel ist sauer, hat einen pH-Wert von 5 und enthält viele Enzyme, die Proteine, Fette, Zucker und DNA verdauen. Die saure Umgebung in einem Lysosom hilft beim Abbau von Molekülen für das Recycling. Wenn jedoch einer oder mehrere dieser Beutel versehentlich im Inneren der Zelle aufbrechen, wird der saure Inhalt in den Rest der Zelle verschüttet und die gesamte Zelle sauer. Die Zelle verfügt über Puffer, die sich selbst schützen, falls diese Verschüttungen auftreten. Da Puffer einer pH-Änderung widerstehen, werden einige Lysosomen, die aufbrechen, den pH-Wert in einer Zelle nicht saurer.
pH beeinflusst die Proteinform
Die Gefahr einer pH-Änderung innerhalb einer Zelle besteht darin, dass der pH-Wert die Struktur von Proteinen dramatisch beeinflusst. Die Zelle besteht aus vielen verschiedenen Arten von Proteinen und jedes Protein funktioniert nur, wenn es seine richtige dreidimensionale Form hat. Die Form eines Proteins wird durch Anziehungskräfte im Inneren des Proteins gehalten, wie viele Mini-Magnete hier und da, die sich verbinden, um das gesamte Protein an Ort und Stelle zu halten. Einige dieser Magnete verlieren ihre Magnetkraft, wenn sich der pH-Wert ändert. Wenn also das Innere einer Zelle zu sauer oder zu basisch wird, verlieren Proteine ihre Form und funktionieren nicht mehr. Die Zelle wird zu einer Fabrik ohne Arbeiter und ohne Mechaniker. Daher verhindern Puffer innerhalb einer Zelle dies.
Eine Änderung des pH-Werts kann Stammzellen bilden
2014 berichtete die Zeitschrift „Nature“ über eine sehr spannende Entdeckung japanischer Stammzellforscher. Normale adulte Zellen wie Hautzellen und Gehirnzellen können in einer sauren Umgebung in Stammzellen umgewandelt werden. Stammzellen sind Zellen, die das Potenzial haben, jede Art von Zelle im Körper zu werden, was sie als Heilmittel für medizinische Probleme sehr vielversprechend macht. Tote, fehlende oder kaputte Zellen können durch neue Zellen ersetzt werden. Stammzellen können einem zerkleinerten Embryo entnommen werden, was bei menschlichen Embryonen sehr umstritten ist. Daher ist es ein aufregender Schritt für die biomedizinische Wissenschaft, adulte Zellen in Stammzellen umzuwandeln. Diese Studie sagt uns, dass Puffer in einer Zelle wahrscheinlich auch verhindern, dass die Zelle ihre erwachsene Identität vergisst und zu einer Stammzelle wird.