Welk type molecuul voorkomt uitgebreide veranderingen in de pH van levende organismen?

Cellen in levende organismen moeten de juiste pH of zuur-base balans behouden om goed te kunnen functioneren. De juiste pH wordt bereikt door middel van het fosfaatbuffersysteem. Het bestaat uit diwaterstoffosfaat en waterstoffosfaationen die met elkaar in evenwicht zijn. Dit buffersysteem is bestand tegen veranderingen in pH, omdat de concentraties van het diwaterstoffosfaat en waterstoffosfaationen in de cel zijn groot in vergelijking met de concentraties van zure of basische ionen die in de cel worden geproduceerd de cel.

De pH van een oplossing meet de concentratie van waterstofionen, of H+. Waterstofionen zijn enkelvoudige positief geladen entiteiten, ook wel protonen genoemd. Hoe meer waterstofionen er in een oplossing op waterbasis zitten, hoe zuurder de oplossing wordt. De pH-schaal meet de log van H+-ionenconcentraties, zodat een hogere H+-concentratie een lager getal geeft. De logschaal loopt van 0 tot 14. Een pH lager dan 7 wordt als zuur beschouwd en een pH hoger dan 7 is alkalisch. Een pH van 7 wordt gedefinieerd als neutraal omdat het aantal zure waterstofionen, of H+, en basische hydroxylionen, of OH-, in een oplossing gelijk is.

Een buffersysteem bestaat uit een zwak zuur en de bijbehorende zwakke base. Een zuur wordt gedefinieerd als een molecuul dat waterstofionen in water afgeeft en een base is een molecuul dat waterstofionen accepteert. Een zwak zuur of zwakke base ioniseert, of geeft waterstof- of hydroxylionen af, slechts in geringe mate in water, terwijl sterke zuren en basen bijna volledig ioniseren. Wanneer overtollige waterstofionen zich in de bufferoplossing bevinden, slokt de zwakke base de waterstofionen op en verandert in het overeenkomstige zuur terwijl de pH van de oplossing behouden blijft. Wanneer een base wordt toegevoegd, keert de reactie om en geeft het zwakke zuur een deel van zijn waterstofionen af ​​om de oplossing zuurder te maken en verandert in een zwakke base.

Het fosfaatbuffersysteem handhaaft de intracellulaire pH in alle levende organismen. In dit buffersysteem dienen diwaterstoffosfaationen als het zwakke zuur. Waterstoffosfaationen vertegenwoordigen de zwakke base. In water of in intracellulaire vloeistof zijn diwaterstoffosfaat en waterstoffosfaat altijd in evenwicht met elkaar. De mate van ionisatie van het diwaterstoffosfaat-waterstoffosfaatsysteem wordt weergegeven door de dissociatieconstante of pKa-waarde, die wordt uitgedrukt als een logwaarde. Het fosfaatbuffersysteem is zeer geschikt voor levende cellen omdat de pKa 7,21 is, wat zeer dicht bij de fysiologische pH ligt.

Bij hogere organismen met een bloedsomloop kan het fosfaatbuffersysteem de juiste pH in bloed omdat de concentraties diwaterstoffosfaat en waterstoffosfaationen niet hoog zijn genoeg. Het bicarbonaatbuffersysteem kan het bloed op een pH van ongeveer 7,4 houden. Hier is bicarbonaat het zwakke zuur en waterstofcarbonaat-ion de zwakke base. Bicarbonaat en waterstofcarbonaat worden gevormd uit opgelost koolstofdioxide in het bloed. Overtollig kooldioxide wordt via de longen uitgestoten.