Svarīgi buferi dzīvojamās sistēmās

Buferis ir ķīmiska viela, kas palīdz uzturēt samērā nemainīgu pH šķīdumā, pat ja ir pievienotas skābes vai bāzes. Buferizācija ir svarīga dzīves sistēmās kā līdzeklis, lai uzturētu diezgan nemainīgu iekšējo vidi, ko sauc arī par homeostāzi. Mazas molekulas, piemēram, bikarbonāts un fosfāts, nodrošina bufera spēju, tāpat kā citas vielas, piemēram, hemoglobīns un citi proteīni.

Asins pH uzturēšanu regulē ar bikarbonāta buferi. Šī sistēma sastāv no ogļskābes un bikarbonāta joniem. Kad asins pH pazeminās skābā diapazonā, šis buferis darbojas, veidojot oglekļa dioksīda gāzi. Elpošanas procesā plaušas izplūst šo gāzi no ķermeņa. Sārmainā stāvoklī šis buferšķīdums atjauno pH līmeni neitrālā stāvoklī, izraisot bikarbonāta jonu izvadīšanu ar urīnu.

Fosfāta bufera sistēma darbojas līdzīgi kā bikarbonāta buferis, taču tai ir daudz spēcīgāka darbība. Visu šūnu iekšējā vide satur šo buferšķīdumu, kas satur fosfāta ūdeņraža jonus un dihidrogēnfosfāta jonus. Apstākļos, kad šūnā nonāk ūdeņraža pārpalikums, tas reaģē ar ūdeņraža fosfāta joniem, kas tos pieņem. Sārmainos apstākļos dihidrogēnfosfāta joni pieņem hidroksīda jonu pārpalikumu, kas nonāk šūnā.

Olbaltumvielas sastāv no aminoskābēm, kuras satur peptīdu saites. Aminoskābēm piemīt aminogrupa un karbonskābes grupa. Pie fizioloģiskā pH karbonskābe pastāv kā karboksilāta jons (COO^-) ar negatīvu lādiņu un aminogrupa pastāv kā NH³⁺ jonu. Kad pH kļūst skābs, karboksilgrupa uzņem pārmērīgu ūdeņraža jonu daudzumu, lai atgrieztos karbonskābes formā. Ja asins pH kļūst sārmains, no NH izdalās protons³⁺ jonu, kas aizņem NH₂ formā.

Elpošanas pigmentam, kas atrodas asinīs, hemoglobīnam, ir arī bufera darbība audos. Tam ir spēja saistīties vai nu ar protoniem, vai ar skābekli noteiktā laika posmā. Viena saistīšana atbrīvo otru. Hemoglobīnā protonu saistīšanās notiek globīna daļā, bet skābekļa saistīšanās notiek pie hēma daļas dzelzs. Vingrojuma laikā protoni tiek ģenerēti pārmērīgi. Hemoglobīns palīdz buferdarbībā, saistot šos protonus un vienlaikus atbrīvojot molekulāro skābekli.