איזה סוג של מולקולה מונע שינויים נרחבים ב- pH של אורגניזמים חיים?

תאים באורגניזמים חיים צריכים לשמור על ה- pH הנכון, או על איזון חומצה-בסיס, כדי לתפקד כראוי. ה- pH הנכון מושג באמצעות מערכת חוצץ הפוספט. הוא מורכב מיוני פוספט דו מימן ומימן פוספט בשיווי משקל זה עם זה. מערכת חציצה זו מתנגדת לשינויים ב- pH, מכיוון שריכוזם של הפוספט הדי-מימן ו יוני מימן פופאט בתא הם גדולים בהשוואה לריכוזי היונים החומציים או הבסיסיים המיוצרים ב התא.

ה- pH של תמיסה מודד את ריכוז יוני המימן, או H +. יוני מימן הם ישויות טעונות חיוביות בודדות, הנקראות גם פרוטונים. ככל שיש יותר יוני מימן בתמיסה על בסיס מים, כך התמיסה הופכת לחומצית יותר. סולם ה- pH מודד את היומן של ריכוזי H + יונים, כך שריכוז H + גדול יותר ייתן מספר נמוך יותר. סולם היומנים נע בין 0 ל -14. PH מתחת ל 7 נחשב חומצי ו- pH מעל 7 הוא אלקליין. PH של 7 מוגדר ניטרלי מכיוון שמספר יוני המימן החומציים, או H +, והיונים ההידרוקסיליים הבסיסיים, או OH-, בתמיסה שווים.

מערכת חציצה מורכבת מחומצה חלשה ובסיסה החלש המקביל. חומצה מוגדרת כמולקולה שמשחררת יוני מימן במים ובסיס היא מולקולה המקבלת יונים מימן. חומצה חלשה או בסיס חלש מיינן, או מוותר על יוני מימן או הידרוקסיל, רק מעט במים, בעוד שחומצות ובסיסים חזקים מייננים כמעט לחלוטין. כאשר יוני מימן עודפים נמצאים בתמיסת החיץ, הבסיס החלש לזלול את יוני המימן ומשתנה לחומצה התואמת שלו תוך שמירה על ה- pH של התמיסה. כאשר מוסיפים בסיס התגובה מתהפכת והחומצה החלשה מוותרת על חלק מיוני המימן שלה כדי להפוך את התמיסה לחומצית יותר ומשתנה לבסיס חלש.

מערכת חיץ הפוספט שומרת על ה- pH התאי בכל האורגניזמים החיים. במערכת חיץ זו, יונים פוספטים דו-מימנים משמשים כחומצה החלשה. יוני פוספט מימן מייצגים את הבסיס החלש. במים או בנוזל תוך-תאי, דו-מימן פוספט ומימן פוספט נמצאים תמיד בשיווי משקל זה עם זה. מידת היינון של מערכת הפוספט-מימן הדי-מימן-מימן מיוצגת על ידי ערך קבוע הדיסוציאציה, או pKa, המתבטא כערך יומן. מערכת חוצץ הפוספט מתאימה היטב לתאים חיים מכיוון שה- pKa הוא 7.21, וזה קרוב מאוד ל- pH הפיזיולוגי.

באורגניזמים גבוהים יותר עם מערכת הדם, מערכת חיץ הפוספט אינה יכולה לשמור על התקינה pH בדם מכיוון שריכוזי יון הדיה מימן ופוספט מימן אינם גבוהים מספיק. מערכת חיץ הביקרבונט מסוגלת לשמור על הדם ב pH של כ 7.4. כאן, ביקרבונט הוא החומצה החלשה ויון המימן הפחמתי הוא הבסיס החלש. ביקרבונט ומימן פחמתי נוצרים מפחמן דו חמצני מומס בדם. עודף פחמן דו חמצני מוצא דרך הריאות.