Le cellule degli organismi viventi hanno bisogno di mantenere il corretto pH, o equilibrio acido-base, per funzionare correttamente. Il giusto pH si ottiene per mezzo del sistema tampone fosfato. È costituito da diidrogeno fosfato e ioni idrogeno fosfato in equilibrio tra loro. Questo sistema tampone resiste alle variazioni di pH, perché le concentrazioni di diidrogeno fosfato e ioni idrogeno fosfato nella cellula sono grandi rispetto alle concentrazioni di ioni acidi o basici prodotti in produced la cellula.
Che cos'è il pH?
Il pH di una soluzione misura la concentrazione di ioni idrogeno, o H+. Gli ioni idrogeno sono singole entità cariche positivamente, chiamate anche protoni. Più ioni idrogeno ci sono in una soluzione a base acquosa, più la soluzione diventa acida. La scala del pH misura il registro delle concentrazioni di ioni H+, così che una maggiore concentrazione di H+ darà un numero inferiore. La scala del registro va da 0 a 14. Un pH inferiore a 7 è considerato acido e un pH superiore a 7 è alcalino. Un pH di 7 è definito neutro perché il numero di ioni idrogeno acidi, o H+, e di ioni idrossili basici, o OH-, in una soluzione sono uguali.
Come funzionano i buffer
Un sistema tampone è costituito da un acido debole e dalla sua corrispondente base debole. Un acido è definito come una molecola che rilascia ioni idrogeno nell'acqua e una base è una molecola che accetta ioni idrogeno. Un acido debole o una base debole ionizza, o cede ioni idrogeno o idrossile, solo leggermente in acqua, mentre gli acidi e le basi forti si ionizzano quasi completamente. Quando gli ioni idrogeno in eccesso sono nella soluzione tampone, la base debole divora gli ioni idrogeno e si trasforma nel suo acido corrispondente preservando il pH della soluzione. Quando viene aggiunta una base, la reazione si inverte e l'acido debole cede alcuni dei suoi ioni idrogeno per rendere la soluzione più acida e trasformarsi in una base debole.
Il sistema tampone fosfato
Il sistema tampone fosfato mantiene il pH intracellulare in tutti gli organismi viventi. In questo sistema tampone, gli ioni diidrogeno fosfato fungono da acido debole. Gli ioni idrogeno fosfato rappresentano la base debole. Nell'acqua o nel fluido intracellulare, il diidrogeno fosfato e l'idrogeno fosfato sono sempre in equilibrio tra loro. L'entità della ionizzazione del sistema diidrogenofosfato-idrogenofosfato è rappresentata dalla costante di dissociazione, o valore pKa, che è espresso come valore logaritmico. Il sistema tampone fosfato è adatto per le cellule viventi perché il pKa è 7,21, che è molto vicino al pH fisiologico.
Quando il sistema tampone fosfato è insufficiente
Negli organismi superiori con un sistema circolatorio, il sistema tampone fosfato non può mantenere il corretto maintain pH nel sangue perché le concentrazioni di ioni diidrogeno fosfato e idrogeno fosfato non sono elevate abbastanza. Il sistema tampone bicarbonato è in grado di mantenere il sangue ad un pH di circa 7,4. Qui, il bicarbonato è l'acido debole e lo ione idrogenocarbonato è la base debole. Il bicarbonato e l'idrogenocarbonato si formano dall'anidride carbonica disciolta nel sangue. L'anidride carbonica in eccesso viene espulsa attraverso i polmoni.
