Mis tüüpi molekul hoiab ära elusorganismide pH ulatuslikke muutusi?

Elusorganismide rakud peavad korrektseks toimimiseks säilitama õige pH ehk happe-aluse tasakaalu. Õige pH saavutatakse fosfaatpuhverdussüsteemi abil. See koosneb divesinikfosfaadist ja vesinikfosfaadi ioonidest, mis on omavahel tasakaalus. See puhverdussüsteem peab vastu pH muutustele, kuna divesinikfosfaadi ja vesinikfosfaadi ioonid on rakus suured võrreldes happeliste või aluseliste ioonide kontsentratsioonidega, mis rakk.

Lahuse pH mõõdab vesinikioonide kontsentratsiooni ehk H +. Vesiniku ioonid on üksikud positiivselt laetud üksused, mida nimetatakse ka prootoniteks. Mida rohkem vesilahuseid on vesilahuses, seda happelisem lahus muutub. PH-skaala mõõdab H + iooni kontsentratsioonide logaritmi, nii et suurem H + kontsentratsioon annab väiksema arvu. Logi skaala kestab vahemikus 0 kuni 14. PH alla 7 peetakse happeliseks ja pH üle 7 leeliseliseks. PH 7 on määratletud neutraalsena, kuna happeliste vesinikioonide ehk H + ja aluseliste hüdroksüülioonide või OH- arv lahuses on võrdsed.

Puhverdussüsteem koosneb nõrgast happest ja sellele vastavast nõrgast alusest. Hape on määratletud kui molekul, mis vabastab vees vesinikioone ja alus on molekul, mis aktsepteerib vesinikioone. Nõrk hape või nõrk alus ioniseerub või loobub vesiniku või hüdroksüülioonidest, vaid vees vaid vähesel määral, samas kui tugevad happed ja alused ioniseeruvad peaaegu täielikult. Kui puhverlahuses on vesinikioonide liig, siis nõrk alus ahmib vesinikioonid üles ja muutub vastavaks happeks, säilitades lahuse pH. Aluse lisamisel pöördub reaktsioon tagasi ja nõrk hape loob osa vesinikuioonidest, et muuta lahus happelisemaks ja muutub nõrgaks aluseks.

Fosfaatpuhvrisüsteem hoiab rakusisest pH-d kõigis elusorganismides. Selles puhvrisüsteemis toimivad divesinikfosfaadi ioonid nõrga happena. Vesinikfosfaadi ioonid esindavad nõrka alust. Vees või rakusiseses vedelikus on divesinikfosfaat ja vesinikfosfaat alati üksteisega tasakaalus. Divesinikfosfaat-vesinikfosfaadi süsteemi ionisatsiooni ulatust tähistab dissotsiatsioonikonstandi ehk pKa väärtus, mida väljendatakse logi väärtusena. Fosfaatpuhverdussüsteem sobib hästi elusrakkude jaoks, kuna pKa on 7,21, mis on väga lähedal füsioloogilisele pH-le.

Vereringesüsteemiga kõrgemates organismides ei suuda fosfaatpuhvrisüsteem säilitada õiget pH veres, kuna divesinikfosfaadi ja vesinikfosfaadi ioonide kontsentratsioonid ei ole suured piisav. Bikarbonaatpuhvrisüsteem on võimeline säilitama vere pH umbes 7,4. Siin on vesinikkarbonaat nõrk hape ja vesinikkarbonaadi ioon on nõrk alus. Bikarbonaat ja vesinikkarbonaat moodustuvad veres lahustunud süsinikdioksiidist. Liigne süsinikdioksiid väljutatakse kopsude kaudu.