Σημαντικοί buffers στα συστήματα διαβίωσης

Ένα ρυθμιστικό είναι μια χημική ουσία που βοηθά στη διατήρηση ενός σχετικά σταθερού ρΗ σε ένα διάλυμα, ακόμη και σε περίπτωση προσθήκης οξέων ή βάσεων. Το buffering είναι σημαντικό στα συστήματα διαβίωσης ως μέσο διατήρησης ενός αρκετά σταθερού εσωτερικού περιβάλλοντος, γνωστού και ως ομοιόστασης. Μικρά μόρια όπως διττανθρακικό και φωσφορικό παρέχουν ρυθμιστική ικανότητα όπως και άλλες ουσίες, όπως η αιμοσφαιρίνη και άλλες πρωτεΐνες.

Η διατήρηση του pH του αίματος ρυθμίζεται μέσω του διττανθρακικού ρυθμιστικού. Αυτό το σύστημα αποτελείται από ανθρακικό οξύ και διττανθρακικά ιόντα. Όταν το pH του αίματος πέσει στο όξινο εύρος, αυτό το ρυθμιστικό δρα για να σχηματίσει αέριο διοξείδιο του άνθρακα. Οι πνεύμονες αποβάλλουν αυτό το αέριο από το σώμα κατά τη διαδικασία της αναπνοής. Σε αλκαλικές συνθήκες, αυτό το ρυθμιστικό φέρνει το pH στο ουδέτερο προκαλώντας την απέκκριση των διττανθρακικών ιόντων μέσω των ούρων.

Το ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών δρα με τρόπο παρόμοιο με το ρυθμιστικό διάλυμα διττανθρακικών, αλλά έχει πολύ ισχυρότερη δράση. Το εσωτερικό περιβάλλον όλων των κυττάρων περιέχει αυτό το ρυθμιστικό διάλυμα που περιλαμβάνει ιόντα φωσφορικού υδρογόνου και ιόντα φωσφορικού διυδρογόνου. Υπό συνθήκες όταν η περίσσεια υδρογόνου εισέρχεται στο κύτταρο, αντιδρά με τα ιόντα φωσφορικού υδρογόνου, τα οποία τα δέχονται. Υπό αλκαλικές συνθήκες, τα διυδρογόνα φωσφορικά ιόντα δέχονται την περίσσεια ιόντων υδροξειδίου που εισέρχονται στο κύτταρο.

Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από αμινοξέα που συγκρατούνται μαζί με πεπτιδικούς δεσμούς. Τα αμινοξέα διαθέτουν αμινομάδα και καρβοξυλικό οξύ. Σε φυσιολογικό ρΗ, το καρβοξυλικό οξύ υπάρχει ως το καρβοξυλικό ιόν (COO^-) με αρνητικό φορτίο και η αμινομάδα υπάρχει ως NH³⁺ ιόν. Όταν το ρΗ γίνει όξινο, η καρβοξυλική ομάδα παίρνει περίσσεια ιόντων υδρογόνου για να επιστρέψει στη μορφή καρβοξυλικού οξέος. Εάν το pH του αίματος γίνει αλκαλικό, υπάρχει απελευθέρωση ενός πρωτονίου από το NH³⁺ ιόν, που παίρνει το NH₂ μορφή.

Η αναπνευστική χρωστική που υπάρχει στο αίμα, η αιμοσφαιρίνη, έχει επίσης ρυθμιστική δράση στους ιστούς. Έχει την ικανότητα να συνδέεται με πρωτόνια ή οξυγόνο σε μια δεδομένη χρονική στιγμή. Η δέσμευση του ενός απελευθερώνει το άλλο. Στην αιμοσφαιρίνη, η δέσμευση των πρωτονίων λαμβάνει χώρα στο τμήμα της σφαιρίνης ενώ η δέσμευση οξυγόνου λαμβάνει χώρα στο σίδερο του τμήματος αίμης. Κατά τη διάρκεια της άσκησης, τα πρωτόνια παράγονται σε περίσσεια. Η αιμοσφαιρίνη βοηθά στη ρυθμιστική δράση δεσμεύοντας αυτά τα πρωτόνια και ταυτόχρονα απελευθερώνει μοριακό οξυγόνο.