Dzīvo organismu šūnām ir jāsaglabā pareizais pH jeb skābju un sārmu līdzsvars, lai tās varētu pareizi darboties. Pareizais pH tiek sasniegts, izmantojot fosfāta bufera sistēmu. Tas sastāv no dihidrogēnfosfāta un ūdeņraža fosfāta joniem, kas atrodas līdzsvarā viens ar otru. Šī bufera sistēma pretojas pH izmaiņām, jo dihidrogēnfosfāta un ūdeņraža fosfāta joni šūnā ir lieli, salīdzinot ar skābju vai bāzisko jonu koncentrācijām, kas radušās šūna.
Kas ir pH?
Šķīduma pH mēra ūdeņraža jonu jeb H + koncentrāciju. Ūdeņraža joni ir vienas pozitīvi uzlādētas vienības, sauktas arī par protoniem. Jo vairāk ūdeņraža jonu ir ūdens šķīdumā, jo šķīdums kļūst skābāks. PH skala mēra H + jonu koncentrāciju log, tā ka lielāka H + koncentrācija dos mazāku skaitli. Žurnāla skala sākas no 0 līdz 14. PH zem 7 tiek uzskatīts par skābu, un pH virs 7 ir sārmains. PH 7 ir definēts kā neitrāls, jo skābju ūdeņraža jonu jeb H + un bāzisko hidroksiljonu vai OH- skaits šķīdumā ir vienāds.
Kā darbojas buferi
Buferizācijas sistēma sastāv no vājas skābes un tai atbilstošās vājās bāzes. Skābi definē kā molekulu, kas ūdenī atbrīvo ūdeņraža jonus, un bāze ir molekula, kas pieņem ūdeņraža jonus. Vāja skābe vai vāja bāze ūdenī tikai nedaudz jonizē vai atsakās no ūdeņraža vai hidroksiljoniem, savukārt stipras skābes un bāzes gandrīz pilnībā jonizē. Kad buferšķīdumā ir ūdeņraža jonu pārpalikums, vāja bāze pārspīlē ūdeņraža jonus un pārvēršas par atbilstošo skābi, vienlaikus saglabājot šķīduma pH. Pievienojot bāzi, reakcija mainās un vāja skābe atsakās no dažiem ūdeņraža joniem, lai padarītu šķīdumu skābāku un pārvērstos par vāju bāzi.
Fosfātu bufera sistēma
Fosfāta bufera sistēma uztur intracelulāro pH visos dzīvajos organismos. Šajā bufera sistēmā dihidrogēnfosfāta joni kalpo kā vāja skābe. Ūdeņraža fosfāta joni pārstāv vājo bāzi. Ūdenī vai intracelulārā šķidrumā dihidrogēnfosfāts un ūdeņraža fosfāts vienmēr ir līdzsvarā viens ar otru. Dihidrogēnfosfāta-ūdeņraža fosfāta sistēmas jonizācijas pakāpi attēlo disociācijas konstantes jeb pKa vērtība, kas izteikta kā log vērtība. Fosfātu bufera sistēma ir labi piemērota dzīvām šūnām, jo pKa ir 7,21, kas ir ļoti tuvu fizioloģiskajam pH.
Ja fosfāta bufera sistēma ir nepietiekama
Augstākos organismos ar asinsrites sistēmu fosfāta bufera sistēma nespēj uzturēt pareizo pH līmenis asinīs, jo dihidrogēnfosfāta un ūdeņraža fosfāta jonu koncentrācija nav augsta pietiekami. Bikarbonāta bufera sistēma spēj uzturēt asinis ar pH aptuveni 7,4. Šeit bikarbonāts ir vāja skābe un ūdeņraža karbonāta jons ir vāja bāze. Bikarbonāts un ūdeņraža karbonāts veidojas no asinīs izšķīdušā oglekļa dioksīda. Oglekļa dioksīda pārpalikums tiek izvadīts caur plaušām.