Fontos pufferek az élő rendszerekben

A puffer olyan kémiai anyag, amely segít viszonylag állandó pH-értéket fenntartani az oldatban, még savak vagy bázisok hozzáadása esetén is. A pufferelés fontos az élő rendszerekben, mint a meglehetősen állandó belső környezet fenntartásának eszköze, más néven homeosztázis. A kis molekulák, például a hidrogén-karbonát és a foszfát, pufferkapacitást biztosítanak, mint más anyagok, például a hemoglobin és más fehérjék.

A vér pH-értékének fenntartását a hidrogén-karbonát puffer szabályozza. Ez a rendszer szénsav- és hidrogén-karbonát-ionokból áll. Amikor a vér pH-ja a savas tartományba csökken, ez a puffer szén-dioxid-gázt képez. A tüdő ezt a gázt a légzés folyamán kiutasítja a testből. Lúgos körülmények között ez a puffer visszaállítja a pH-t semlegesre azáltal, hogy a bikarbonát-ionokat kiválasztja a vizelettel.

A foszfátpuffer rendszer a hidrogén-karbonát pufferhez hasonló módon működik, de sokkal erősebb hatású. Az összes sejt belső környezete tartalmazza ezt a puffert, amely hidrogén-foszfát-ionokat és dihidrogén-foszfát-ionokat tartalmaz. Olyan körülmények között, amikor a felesleges hidrogén bejut a sejtbe, reagál a hidrogén-foszfát ionokkal, amelyek elfogadják őket. Lúgos körülmények között a dihidrogén-foszfátionok elfogadják a sejtbe jutó hidroxidionok feleslegét.

A fehérjék peptidkötések által összetartott aminosavakból állnak. Az aminosavak tartalmaznak egy aminocsoportot és egy karbonsavcsoportot. Fiziológiai pH mellett a karbonsav karboxilátionként (COO^-) negatív töltésű, és az aminocsoport NH-ként létezik³⁺ ion. Amikor a pH savas lesz, a karboxilcsoport felesleges hidrogénionokat vesz fel, hogy visszatérjen a karbonsav formájába. Ha a vér pH-értéke lúgos lesz, akkor egy proton felszabadul az NH-ból³⁺ ion, amely az NH-t veszi fel₂ forma.

A vérben lévő légzőszervi pigment, a hemoglobin, szintén pufferolva van a szövetekben. Képes protonokkal vagy oxigénnel kötődni egy adott időpontban. Az egyik kötése elengedi a másikat. A hemoglobinban a protonok kötődése a globin részben, míg az oxigén kötése a hem rész vasánál történik. A gyakorlat idején a protonok feleslegben keletkeznek. A hemoglobin elősegíti a pufferelést azáltal, hogy megköti ezeket a protonokat, és egyidejűleg felszabadítja a molekuláris oxigént.