Gyvų organizmų ląstelės turi palaikyti teisingą pH arba rūgščių ir šarmų pusiausvyrą, kad galėtų tinkamai veikti. Teisingas pH pasiekiamas naudojant fosfatų buferinę sistemą. Jis susideda iš dvivandenilio fosfato ir vandenilio fosfato jonų, esančių pusiausvyroje. Ši buferinė sistema priešinasi pH pokyčiams, nes dihidrofosfato ir vandenilio fosfato jonai ląstelėje yra dideli, palyginti su rūgščiųjų arba bazinių jonų koncentracijomis, susidariusiomis ląstelė.
Kas yra pH?
Tirpalo pH matuoja vandenilio jonų arba H + koncentraciją. Vandenilio jonai yra pavieniai teigiamai įkraunami dariniai, dar vadinami protonais. Kuo daugiau vandenilio jonų yra vandeniniame tirpale, tuo tirpalas tampa rūgštesnis. PH skalė matuoja H + jonų koncentracijų logistiką, todėl didesnė H + koncentracija duos mažesnį skaičių. Rąsto skalė svyruoja nuo 0 iki 14. PH žemesnis nei 7 laikomas rūgštiniu, o pH virš 7 yra šarminis. PH 7 apibrėžiamas kaip neutralus, nes rūgštinių vandenilio jonų arba H + ir bazinių hidroksilo jonų arba OH- skaičius tirpale yra vienodas.
Kaip veikia buferiai
Buferinę sistemą sudaro silpna rūgštis ir ją atitinkanti silpna bazė. Rūgštis apibrėžiama kaip molekulė, kuri vandenyje išskiria vandenilio jonus, o bazė yra molekulė, kuri priima vandenilio jonus. Silpna rūgštis arba silpna bazė jonizuoja arba vandenilio arba hidroksilo jonus atsisako, tik šiek tiek vandenyje, o stiprios rūgštys ir bazės jonizuoja beveik visiškai. Kai buferiniame tirpale yra vandenilio jonų pertekliaus, silpna bazė apgauna vandenilio jonus ir, išlaikydama tirpalo pH, pasikeičia į atitinkamą rūgštį. Pridedant bazės, reakcija pasikeičia ir silpna rūgštis atsisako kai kurių vandenilio jonų, kad tirpalas taptų rūgštesnis ir pasikeistų į silpną bazę.
Fosfatų buferio sistema
Fosfatų buferinė sistema palaiko visų gyvų organizmų viduląstelinį pH. Šioje buferinėje sistemoje dihidrogenfosfato jonai tarnauja kaip silpna rūgštis. Vandenilio fosfato jonai rodo silpną bazę. Vandenyje ar tarpląsteliniame skystyje vandenilio fosfatas ir vandenilio fosfatas visada yra pusiausvyroje. Dihidrogenfosfato-vandenilio fosfato sistemos jonizacijos mastą atspindi disociacijos konstanta arba pKa, kuri išreiškiama log verte. Fosfatų buferinė sistema gerai tinka gyvoms ląstelėms, nes pKa yra 7,21, o tai yra labai arti fiziologinio pH.
Kai fosfatų buferinės sistemos nepakanka
Aukštesniuose organizmuose, turinčiuose kraujotakos sistemą, fosfatų buferinė sistema negali išlaikyti tinkamos pH kraujyje, nes dihidrofosfato ir vandenilio fosfato jonų koncentracijos nėra didelės pakanka. Bikarbonato buferinė sistema sugeba palaikyti kraujo pH maždaug 7,4. Čia bikarbonatas yra silpna rūgštis, o vandenilio karbonato jonas - silpna bazė. Bikarbonatas ir vandenilio karbonatas susidaro iš ištirpusio anglies dioksido kraujyje. Anglies dioksido perteklius išmetamas per plaučius.