Az élő organizmusokban található sejteknek a megfelelő pH vagy a sav-bázis egyensúly fenntartásához szükséges a megfelelő működés. A megfelelő pH-t a foszfátpuffer rendszer segítségével érjük el. Dihidrogén-foszfátból és hidrogén-foszfát-ionokból áll, amelyek egyensúlyban vannak egymással. Ez a pufferrendszer ellenáll a pH - változásnak, mivel a dihidrogén - foszfát és a sejtben a hidrogén-fofát-ionok nagyok, összehasonlítva a savanyú vagy bázikus ionok koncentrációjával a sejt.
Mi a pH?
Az oldat pH-ja a hidrogénionok vagy H + koncentrációját méri. A hidrogénionok egyetlen pozitív töltésű entitások, más néven protonok. Minél több hidrogénion van egy vizes oldatban, annál savasabbá válik az oldat. A pH-skála méri a H + ion-koncentrációk log-ját, így a nagyobb H + -koncentráció alacsonyabb számot ad. A naplóskála 0-tól 14-ig tart. A 7 alatti pH-t savasnak, a 7 feletti pH-t pedig lúgosnak tekintjük. A 7-es pH-t semlegesként definiálják, mivel az oldatban a savas hidrogénionok vagy H + és bázikus hidroxilionok vagy OH- száma megegyezik.
Hogyan működnek a pufferek
A pufferrendszer gyenge savból és annak megfelelő gyenge bázisból áll. A sav olyan molekula, amely hidrogénionokat szabadít fel a vízben, és egy bázis olyan molekula, amely hidrogénionokat fogad el. A gyenge sav vagy gyenge bázis ionizál, vagy hidrogén- vagy hidroxil-ionokat ad le, csak kissé vízben, míg az erős savak és bázisok szinte teljesen ionizálódnak. Ha felesleges mennyiségű hidrogénion van a pufferoldatban, a gyenge bázis felrágja a hidrogénionokat, és az oldat pH-jának megőrzése mellett megfelelő savvá változik. Bázis hozzáadásával a reakció megfordul, és a gyenge sav feladja hidrogénionjainak egy részét, hogy az oldat savasabbá váljon és gyenge bázissá alakuljon át.
A foszfát puffer rendszer
A foszfátpuffer rendszer fenntartja az intracelluláris pH-t minden élő szervezetben. Ebben a puffer rendszerben a dihidrogén-foszfátionok szolgálnak gyenge savként. A hidrogén-foszfátionok képviselik a gyenge bázist. Vízben vagy intracelluláris folyadékban a dihidrogén-foszfát és a hidrogén-foszfát mindig egyensúlyban vannak egymással. A dihidrogén-foszfát-hidrogén-foszfát rendszer ionizációjának mértékét a disszociációs állandó vagy pKa érték képviseli, amelyet log értékként fejezünk ki. A foszfátpuffer rendszer jól alkalmazható az élő sejtek számára, mivel a pKa 7,21, ami nagyon közel áll a fiziológiai pH-hoz.
Ha a foszfátpuffer rendszer nem elegendő
Keringési rendszerű magasabb rendű organizmusokban a foszfátpuffer rendszer nem tudja fenntartani a megfelelőt A vér pH-ja, mivel a dihidrogén-foszfát és a hidrogén-foszfát ionkoncentrációja nem magas elég. A hidrogén-karbonát-puffer rendszer képes a vért körülbelül 7,4 pH-értéken tartani. Itt a hidrogén-karbonát a gyenge sav, a hidrogén-karbonát pedig a gyenge bázis. A bikarbonát és a hidrogén-karbonát a vérben oldott szén-dioxidból képződik. A felesleges szén-dioxid a tüdőn keresztül távozik.