Herinner je je het verhaal van Goudlokje en de drie beren nog? Wanneer Goudlokje het huis van de beren binnengaat, probeert ze de pap en ontdekt dat de eerste te heet is en de tweede te koud. Wanneer ze de derde probeert, vindt ze een pap die is precies goed. Op dezelfde manier als Goudlokje pap wilde die perfect was om te eten, willen organismen een omgeving die dat wel is precies goed. Maar wat is? precies goed voor een organisme?
Fysiologische pH
Menselijk bloed is een beetje basis met een pH van ongeveer 7,4. Zodra de pH van het bloed onder 7,35 daalt, wordt een persoon geacht in fysiologische acidose te verkeren (wat slecht is). Zodra de pH onder de 7,0 zakt, kan deze fataal worden.
Dus hoe behoudt het lichaam de hele dag de juiste pH, ongeacht de situatie? Het maakt gebruik van een biologisch buffersysteem.
Wat zijn biologische buffers?
EEN biologische buffer is een organische stof die een neutraliserende werking heeft op waterstofionen. Zo helpt een biologische buffer het lichaam op de juiste pH te houden zodat biochemische processen optimaal blijven verlopen.
De meeste buffers bestaan uit een zwak zuur en een zwakke base. Ze helpen een bepaalde pH te behouden, zelfs na de toevoeging van een zuur of een base. Bloed bevat bijvoorbeeld een koolzuur (H2CO3)-bicarbonaat (HCO3-) buffer systeem. In dit systeem dissocieert het zwakke zuur in geringe mate, waardoor bicarbonaationen ontstaan. Deze ionen kunnen extra H extra binden+ionen die in het bloed rondzweven. Dit hervormt het zwakke zuur en vermindert de hoeveelheid H+ ionen in oplossing.
Wanneer zou dit kunnen gebeuren? Welnu, sporten verhoogt de hoeveelheid waterstofionen die in je bloed rondzweven. Wanneer dit gebeurt, komt het koolzuur-bicarbonaat-buffersysteem in het spel. Door de overtollige waterstofionen af te vangen wordt de pH van je bloed niet te zuur.
Waarom zijn buffers belangrijk?
Cellen functioneren in een smal pH-bereik. Dat geldt ook voor de vele enzymen die je helpen voedsel te verteren, energie te maken en signalen tussen zenuwcellen door te geven. Als zodanig is het van vitaal belang dat de pH in het lichaam en in deze cellen niet drastisch varieert. Anders zullen ze stoppen met het werk te doen dat je nodig hebt. Om ervoor te zorgen dat dit niet gebeurt, worden in alle biologisch relevante oplossingen buffers gevonden.
Biologische buffers kunnen ook buffersystemen die helpen bij het handhaven van een stabiele pH rond de fysiologische pH. Bij experimenten met individuele componenten van cellen of individuele eiwitten moeten wetenschappers rekening houden met de buffer die ze gebruiken. Zonder een goede buffer kan de activiteit van het onderdeel dat ze willen bestuderen afnemen.
Als een wetenschapper bijvoorbeeld werkt met een eiwit dat functioneert in de hersenen bij een pH van 7,4, maar de wetenschapper een buffer van pH 8,0 gebruikt, dan zal het eiwit niet optimaal functioneren. In plaats daarvan moet de wetenschapper overschakelen naar een buffer die dichter bij de pH ligt waarin het eiwit daadwerkelijk functioneert. Op deze manier kan de wetenschapper het eiwit zien functioneren in een omgeving die lijkt op zijn natuurlijke omgeving.
Wat zijn voorbeelden van biologische buffers?
Er worden veel verschillende biologische buffers vervaardigd en verkocht met het uitdrukkelijke doel de fysiologische pH te handhaven. Dat is heel belangrijk voor een wetenschapper die met biologisch relevante materialen werkt. Deze buffers doen er goed aan om een stabiele pH rond 7,4 te behouden. Een veelgebruikte biologische buffer heet HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethaansulfonzuur). Deze buffer is zeer goed in het handhaven van een constante pH tussen 6,8 en 8,2.
Buffers moeten worden gekozen op basis van kennis van de pH waarmee u wilt werken en het bereik waarbinnen u een stabiele pH moet hebben.