Πώς μπορεί ένα βιολογικό σύστημα να επηρεαστεί από μια αλλαγή στα επίπεδα του pH;

Η μέτρηση του pH, που είναι σύντομη για τη συγκέντρωση ποτενσιομετρικών ιόντων υδρογόνου, είναι μια σημαντική ιδέα στη χημεία που μετρά το επίπεδο οξύτητας ενός διαλύματος. Δεδομένου ότι τα βιολογικά συστήματα χρειάζονται μια υγιή ισορροπία μεταξύ παραγόντων στους οποίους πρέπει να λειτουργούν, τυχόν αλλαγές στο επίπεδο του pH μπορούν να διαταράξουν τα συστήματα διαβίωσης.

Στη χημεία, το οξύ είναι οποιαδήποτε ένωση που αυξάνει τη δραστικότητα των ιόντων υδρογόνου (υδρογόνο με ηλεκτρικό φορτίο) όταν διαλύεται σε νερό. Τα οξέα συχνά προκαλούν αντιδράσεις με άλλες ενώσεις, κάτι που γνωρίζουμε ως οξύτητα. Οι βάσεις ή οι αλκαλικές ενώσεις, από την άλλη πλευρά, αυξάνουν τη δραστικότητα των ιόντων υδροξειδίου (οξυγόνο που συνδέεται με το υδρογόνο) όταν διαλύονται σε νερό. Το pH ενός ατόμου βαθμολογείται σε κλίμακα 14 σημείων. Το καθαρό νερό έχει ουδέτερο pH κοντά στους 7,0 στους 77 βαθμούς Φαρενάιτ. Λύσεις λιγότερο από αυτό είναι όξινες, ενώ οτιδήποτε μεγαλύτερο είναι βασικό. Κάθε επόμενος αριθμός αντιπροσωπεύει μια δεκαπλάσια διαφορά σε σχέση με τον προηγούμενο.

Ομοιόσταση βάσης οξέος είναι η λειτουργία με την οποία διατηρούνται τα φυσιολογικά επίπεδα pH σε έναν οργανισμό. Πολλοί σημαντικοί ρυθμιστικοί παράγοντες ενεργούν για τη ρύθμιση των ανισορροπιών. Στο ρυθμιστικό διάλυμα όξινου ανθρακικού, για παράδειγμα, το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να συνδυαστεί με νερό για να σχηματίσει ανθρακικό οξύ, το οποίο διαχωρίζεται για να σχηματίσει ιόν υδρογόνου και όξινο ανθρακικό. Η αντίστροφη αντίδραση μπορεί να συμβεί εάν καταλύεται από ένα ένζυμο. Αυτό μπορεί να αυξήσει την οξύτητα ή τα επίπεδα βάσης ανάλογα με τις ανάγκες. Προκειμένου να διατηρηθεί η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα στην κυκλοφορία, οι αναπνευστικές λειτουργίες αλλάζουν έτσι ώστε να επιτευχθεί ισορροπία.

Το αίμα πρέπει να παραμείνει εντός του προσεκτικού εύρους από 7,35 έως 7,45. Η περίσσεια οξέος στο αίμα είναι γνωστή ως οξέωση και η περίσσεια βάσης είναι γνωστή ως αλκάλωση. Οποιαδήποτε απόκλιση στα επίπεδα του pH του αίματος μπορεί να αλλάξει το φορτίο που κρατά τα ερυθρά αιμοσφαίρια χωριστά και να αλλάξει τη λειτουργία ή την υγεία άλλων οργάνων και συστημάτων μέσα στο σώμα. Δεδομένου ότι τα οστά χρησιμοποιούνται συχνά ως πηγή ανόργανων συστατικών για τη ρύθμιση του pH, για παράδειγμα, είναι ευαίσθητα στις αλλαγές στα επίπεδα pH του αίματος. Οι αποκλίσεις μπορεί να αλλάξουν την οστική πυκνότητα.

Μια πολύ κοινή χρήση οξέος σε έναν οργανισμό είναι το γαστρικό οξύ στο στομάχι, το οποίο αποτελείται κυρίως από υδροχλωρικό οξύ σε συνδυασμό με χλωριούχο κάλιο και χλωριούχο νάτριο. Το επίπεδο του pH είναι 1 έως 2. Όταν η πέψη των τροφίμων εισέρχεται στο στομάχι, τα οξέα αρχίζουν να διαλύουν μια δομή πρωτεΐνης και μετά τους δεσμούς της. Τα αντιόξινα δισκία μπορούν να εξουδετερώσουν την περίσσεια οξέος του στομάχου εάν προκαλεί δυσφορία.

Το χαμηλό pH μπορεί να αλλάξει την ισορροπία νατρίου και χλωριούχου στο αίμα των υδρόβιων ζώων. Τα ιόντα υδρογόνου λαμβάνονται σε ένα κύτταρο με απώλεια νατρίου, το οποίο μπορεί να προκαλέσει θάνατο από αναπνευστική ανεπάρκεια ή απώλεια ρύθμισης στην οσμωτική πίεση. Ένα επίπεδο pH μικρότερο από 4,5 μπορεί να είναι καταστροφικό για τα υδάτινα περιβάλλοντα, αλλά επίπεδα υψηλότερα από αυτό μπορεί επίσης να προκαλέσουν δυσμενείς βιολογικές επιπτώσεις.