Les cellules des organismes vivants doivent maintenir un pH correct, ou équilibre acido-basique, pour fonctionner correctement. Le bon pH est obtenu grâce au système tampon phosphate. Il se compose d'ions phosphate dihydrogène et phosphate hydrogéné en équilibre les uns avec les autres. Ce système tampon résiste aux changements de pH, car les concentrations du dihydrogénophosphate et les ions hydrogénophosphate dans la cellule sont importants par rapport aux concentrations d'ions acides ou basiques produits dans la cellule.
Qu'est-ce que le pH ?
Le pH d'une solution mesure la concentration en ions hydrogène, ou H+. Les ions hydrogène sont des entités uniques chargées positivement, également appelées protons. Plus il y a d'ions hydrogène dans une solution à base d'eau, plus la solution devient acide. L'échelle de pH mesure le log des concentrations d'ions H+, de sorte qu'une concentration plus élevée de H+ donnera un nombre inférieur. L'échelle logarithmique va de 0 à 14. Un pH inférieur à 7 est considéré comme acide et un pH supérieur à 7 est alcalin. Un pH de 7 est défini comme neutre car le nombre d'ions hydrogène acide, ou H+, et d'ions hydroxyle basique, ou OH-, dans une solution est égal.
Comment fonctionnent les tampons
Un système tampon se compose d'un acide faible et de sa base faible correspondante. Un acide est défini comme une molécule qui libère des ions hydrogène dans l'eau et une base est une molécule qui accepte des ions hydrogène. Un acide faible ou une base faible s'ionise, ou cède des ions hydrogène ou hydroxyle, seulement légèrement dans l'eau, tandis que les acides et bases forts s'ionisent presque complètement. Lorsque des ions hydrogène en excès se trouvent dans la solution tampon, la base faible engloutit les ions hydrogène et se transforme en son acide correspondant tout en préservant le pH de la solution. Lorsqu'une base est ajoutée, la réaction s'inverse et l'acide faible cède certains de ses ions hydrogène pour rendre la solution plus acide et se transformer en une base faible.
Le système tampon phosphate
Le système tampon phosphate maintient le pH intracellulaire dans tous les organismes vivants. Dans ce système tampon, les ions phosphate dihydrogène servent d'acide faible. Les ions hydrogénophosphate représentent la base faible. Dans l'eau ou dans le liquide intracellulaire, le dihydrogénophosphate et l'hydrogénophosphate sont toujours en équilibre. L'étendue de l'ionisation du système dihydrogénophosphate-hydrogénophosphate est représentée par la constante de dissociation, ou valeur pKa, qui est exprimée sous forme de valeur logarithmique. Le système tampon phosphate est bien adapté aux cellules vivantes car le pKa est de 7,21, ce qui est très proche du pH physiologique.
Lorsque le système de tampon phosphate est insuffisant
Dans les organismes supérieurs dotés d'un système circulatoire, le système tampon phosphate ne peut pas maintenir le bon pH dans le sang parce que les concentrations d'ions de phosphate dihydrogène et d'hydrogénophosphate ne sont pas élevées suffisant. Le système tampon bicarbonate est capable de maintenir le sang à un pH d'environ 7,4. Ici, le bicarbonate est l'acide faible et l'ion hydrogénocarbonate est la base faible. Le bicarbonate et l'hydrogénocarbonate sont formés à partir de dioxyde de carbone dissous dans le sang. L'excès de dioxyde de carbone est expulsé par les poumons.
