כיצד ניתן להשפיע על מערכת ביולוגית על ידי שינוי ברמות ה- pH?

מדידת ה- pH, הקיצור של ריכוז יון מימן פוטנציומטרי, היא מושג חשוב בכימיה המודד את רמת החומציות של תמיסה. מכיוון שמערכות ביולוגיות זקוקות לאיזון בריא בין גורמים לפעולה, כל שינוי ברמת ה- pH עלול לשבש את מערכות החיים.

בכימיה חומצה היא כל תרכובת המגבירה את פעילותם של יוני מימן (מימן עם מטען חשמלי) כשהם מומסים במים. חומצות לעיתים קרובות מעלות תגובות עם תרכובות אחרות, וזה מה שאנחנו מכירים כחומציות. לעומת זאת, תרכובות בסיס או אלקליות מגבירות את פעילותם של יוני הידרוקסיד (חמצן קשור למימן) כאשר הם מומסים במים. ה- pH של הנבדק מדורג בסולם של 14 נקודות. מים טהורים הם בעלי pH ניטרלי קרוב ל 7.0 ב 77 מעלות פרנהייט. פתרונות פחות מזה הם חומציים, בעוד שכל דבר גדול יותר הוא בסיס. כל מספר עוקב מייצג הבדל פי עשרה לעומת הקודם.

הומאוסטזיס בסיסי חומצה הוא הפונקציה בה נשמרים רמות pH נורמליות באורגניזם. סוכני חיץ חשובים רבים פועלים לוויסות חוסר איזון. במערכת חוצץ הביקרבונט, למשל, ניתן לשלב פחמן דו חמצני עם מים ליצירת חומצה פחמנית, המתנתקת ליצירת יון מימן וביקרבונט. התגובה ההפוכה יכולה לקרות אם היא מזרזת על ידי אנזים. זה עשוי להגדיל את חומציות או את רמות הבסיס בהתאם לצורך. על מנת לשמור על כמות הפחמן הדו-חמצני במחזור, תפקודי הנשימה משתנים כך שאפשר להגיע לאיזון.

דם חייב להישאר בטווח זהיר של 7.35 עד 7.45. עודף חומצה בדם מכונה חומצה, ובסיס עודף מכונה אלקלוזיס. כל חריגה ברמות ה- pH בדם יכולה לשנות את המטען שמרחיק את תאי הדם האדומים ולשנות את תפקודם או בריאותם של איברים ומערכות אחרים בגוף. מאחר ועצמות משמשות לעיתים קרובות כמקור מינרלי למאגר pH, למשל, הן רגישות לשינויים ברמות ה- pH בדם. סטיות עשויות לשנות את צפיפות העצם.

שימוש נפוץ מאוד בחומצה באורגניזם הוא חומצת קיבה בקיבה, המורכבת ברובה מחומצה הידרוכלורית בשילוב עם אשלגן כלורי ונתרן כלורי. רמת ה- pH שלו היא 1 עד 2. כאשר עיכול מזון נכנס לקיבה, חומצות מתחילות לפרק את מבנה החלבון ואז את קשריו. טבליות נוגדות חומצה יכולות לנטרל עודף חומצת קיבה אם היא גורמת לאי נוחות.

PH נמוך יכול לשנות את איזון הנתרן והכלוריד בדם של חיות מים. יוני מימן נלקחים לתא באובדן נתרן, העלול לגרום למוות כתוצאה מכשל נשימתי או אובדן ויסות בלחץ אוסמוטי. רמת pH נמוכה מ -4.5 עלולה להיות הרסנית לסביבות מים, אך רמות גבוהות מכך עלולות לגרום גם לתופעות ביולוגיות שליליות.