רבים מהחלקים המוכרים ביותר בטבע מתפקדים על ידי שמירה על איזון כלשהו. מערכת חוצץ הפחמתי היא אחת ממערכות החוצץ החשובות בטבע, המסייעת בשמירה על איזון זה.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
כמו כל מערכת חציצה, מאגר ביקרבונט מתנגד לשינוי ב- pH, ולכן הוא מסייע בייצוב ה- pH של תמיסות כמו דם ומי ים. החמצת האוקיאנוס וההשפעות של פעילות גופנית על הגוף הן דוגמאות לאופן בו חיץ ביקרבונט עובד בפועל.
חומצה פחמנית
כאשר פחמן דו חמצני (CO2) גז מתמוסס במים, הוא יכול להגיב עם אותם מים ליצירת חומצה פחמנית. חומצה פחמנית יכולה אז לוותר על יון מימן כדי להפוך לביקרבונט, מה שיכול לוותר על יון מימן אחר כדי להפוך לפחמתי. כל התגובות הללו הפיכות. זה אומר שהם עובדים קדימה וגם לאחור. קרבונט, למשל, יכול להרים יון מימן כדי להפוך לביקרבונט.
שיווי משקל פחמתי
סדרת התגובות המובילה מפחמן דו-חמצני מומס לפחמן מגיעה במהירות ל- שיווי משקל דינמי, מצב בו התהליכים קדימה ואחורה של תגובה זו מתרחשים ב שיעורים שווים. הוספת חומצה תגדיל את קצב התגובה ההפוכה ויצירת הפחמן הדו-חמצני ותגרום לפיזור דו-חמצני רב יותר להתפזר מהתמיסה. לעומת זאת הוספת בסיס תגדיל את קצב התגובה קדימה ותגרום להיווצרות יותר ביקרבונט ופחמתי. כל לחץ על מערכת זו גורם לשינוי מפצה בכיוון המחזיר את שיווי המשקל. מערכת המאגר ממשיכה לעבוד כל עוד הריכוז שלה גדול בהשוואה לכמות החומצה או הבסיס שנוספו לתמיסה.
בני אדם וחוצץ פחמתי
בבני אדם ובעלי חיים אחרים, מערכת חציצה הפחמתי מסייעת בשמירה על pH קבוע בזרם הדם. ה- pH של הדם תלוי ביחס בין פחמן דו חמצני לביקרבונט. הריכוזים של שני המרכיבים גדולים מאוד בהשוואה לריכוזי החומצה שנוספו לדם במהלך פעילויות רגילות או פעילות גופנית מתונה. במהלך פעילות גופנית מאומצת, למשל, נשימה מהירה עוזרת לפצות על העלייה בפחמן הדו חמצני בדם. מנגנונים אחרים המסייעים לתפקוד זה כוללים את מולקולת ההמוגלובין בתאי הדם האדומים שלך, המסייעת גם לחיץ את ה- pH בדם.
חציצה פחמנית באוקיאנוס
באוקיאנוס, פחמן דו חמצני מומס מהאטמוספרה נמצא בשיווי משקל עם ריכוזי מי ים של חומצה פחמנית וביקרבונט. עם זאת, עלייה בפליטת הפחמן הדו-חמצני מפעילות אנושית העלתה את רמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה, וגרמה לעלייה בפחמן הדו-חמצני המומס. ככל שעולה ריכוז הפחמן הדו-חמצני המומס, קצב התגובה הקדמית של מערכת המאגר עולה עד שהמערכת מגיעה לשיווי משקל חדש. משמעות הדבר היא כי עלייה בפחמן דו-חמצני מומס גורמת לירידה קלה ב- pH. יכולת החיץ של האוקיאנוס - יכולתו לספוג חומצה או בסיס - היא גדולה מאוד, אך לשינויים הדרגתיים מסוג זה יכולים להיות השלכות חמורות על סוגים רבים של חיים באוקיאנוס. בעלי חיים שמייצרים את הקליפות שלהם מסידן פחמתי, למשל, עשויים למצוא את יכולות ייצור הקליפות שלהם מופחתות על ידי שינויים משמעותיים בשיווי המשקל של חומצה בבסיס האוקיאנוס.