Elävien organismien solujen on ylläpidettävä oikea pH tai happo-emästasapaino toimiakseen kunnolla. Oikea pH saavutetaan fosfaattipuskurijärjestelmällä. Se koostuu dihydrofosfaatti- ja vetyfosfaatti-ioneista tasapainossa keskenään. Tämä puskurijärjestelmä vastustaa pH: n muutoksia, koska dihydrofosfaatin ja vetyfosfaatti-ionit solussa ovat suuria verrattuna happamien tai emäksisten ionien pitoisuuksiin, jotka syntyvät solu.
Mikä on pH?
Liuoksen pH mittaa vetyionien tai H +: n pitoisuutta. Vetyionit ovat yksittäisiä positiivisesti varautuneita kokonaisuuksia, joita kutsutaan myös protoneiksi. Mitä enemmän vetyioneja on vesipohjaisessa liuoksessa, sitä happamammaksi liuos tulee. PH-asteikko mittaa H + -ionipitoisuuksien log-logiikkaa siten, että suurempi H + -pitoisuus antaa pienemmän luvun. Loki-asteikko on välillä 0 - 14. PH-arvoa alle 7 pidetään happamana ja pH-arvoa yli 7 emäksisenä. PH 7 määritellään neutraaliksi, koska happamien vetyionien tai H +: n ja emäksisten hydroksyyli-ionien tai OH- lukumäärä liuoksessa on yhtä suuri.
Kuinka puskurit toimivat
Puskurijärjestelmä koostuu heikosta haposta ja sitä vastaavasta heikosta emäksestä. Happo määritellään molekyyliksi, joka vapauttaa vetyioneja vedessä, ja emäs on molekyyli, joka hyväksyy vetyioneja. Heikko happo tai heikko emäs ionisoi tai luovuttaa vety- tai hydroksyyli-ioneja vain vähän vedessä, kun taas vahvat hapot ja emäkset ionisoivat melkein kokonaan. Kun puskuriliuoksessa on ylimääräisiä vetyioneja, heikko emäs ryöstää vetyioneja ja muuttuu vastaavaksi hapoksi säilyttäen samalla liuoksen pH. Kun emästä lisätään, reaktio kääntyy ja heikko happo luovuttaa osan vetyioneistaan liuoksen happamuuden lisäämiseksi ja muuttuu heikkoksi emäkseksi.
Fosfaattipuskurijärjestelmä
Fosfaattipuskurijärjestelmä ylläpitää solunsisäistä pH: ta kaikissa elävissä organismeissa. Tässä puskurijärjestelmässä dihydrofosfaatti-ionit toimivat heikkona happona. Vetyfosfaatti-ionit edustavat heikkoa emästä. Vedessä tai solunsisäisessä nesteessä dihydrofosfaatti ja vetyfosfaatti ovat aina tasapainossa keskenään. Divetyfosfaatti-vetyfosfaattijärjestelmän ionisaation laajuutta edustaa dissosiaatiovakio eli pKa-arvo, joka ilmaistaan log-arvona. Fosfaattipuskurointijärjestelmä soveltuu hyvin eläville soluille, koska pKa on 7,21, mikä on hyvin lähellä fysiologista pH: ta.
Kun fosfaattipuskurijärjestelmä on riittämätön
Korkeammissa verenkiertoelimistössä olevissa organismeissa fosfaattipuskurijärjestelmä ei pysty ylläpitämään oikeaa pH veressä, koska dihydrofosfaatti- ja vetyfosfaatti-ionipitoisuudet eivät ole korkeat tarpeeksi. Bikarbonaattipuskurijärjestelmä pystyy pitämään veren pH-arvossa noin 7,4. Tässä bikarbonaatti on heikko happo ja vetykarbonaatti-ioni on heikko emäs. Bikarbonaatti ja vetykarbonaatti muodostuvat veressä liuenneesta hiilidioksidista. Ylimääräinen hiilidioksidi poistuu keuhkojen kautta.