Hoe kan een biologisch systeem worden beïnvloed door een verandering in pH-waarden?

De meting van pH, wat een afkorting is voor potentiometrische waterstofionconcentratie, is een belangrijk concept in de chemie dat de zuurgraad van een oplossing meet. Omdat biologische systemen een gezond evenwicht tussen factoren nodig hebben om te kunnen functioneren, kunnen veranderingen in de pH-waarde levende systemen verstoren.

In de chemie is zuur elke verbinding die de activiteit van waterstofionen (waterstof met een elektrische lading) verhoogt wanneer opgelost in water. Zuren veroorzaken vaak reacties met andere verbindingen, wat we kennen als zuurgraad. Base- of alkaliverbindingen daarentegen verhogen de activiteit van hydroxide-ionen (zuurstof gebonden aan waterstof) wanneer ze in water worden opgelost. De pH van een onderwerp wordt beoordeeld op een 14-puntsschaal. Zuiver water heeft een neutrale pH van bijna 7,0 bij 77 graden Fahrenheit. Oplossingen die minder zijn dan dit zijn zuur, terwijl alles wat groter is, basisch is. Elk volgend nummer vertegenwoordigt een tienvoudig verschil met het vorige.

Zuur-base homeostase is de functie waarmee normale pH-niveaus in een organisme worden gehandhaafd. Veel belangrijke bufferagenten werken om onevenwichtigheden te reguleren. In het bicarbonaatbuffersysteem kan bijvoorbeeld kooldioxide worden gecombineerd met water om koolzuur te vormen, dat dissocieert tot een waterstofion en bicarbonaat. De omgekeerde reactie kan optreden als deze wordt gekatalyseerd door een enzym. Dit kan naar behoefte de zuurgraad of het baseniveau verhogen. Om de hoeveelheid kooldioxide in circulatie te houden, veranderen de ademhalingsfuncties zodat er een evenwicht kan worden bereikt.

Bloed moet binnen het zorgvuldige bereik van 7,35 tot 7,45 blijven. Overtollig zuur in het bloed staat bekend als acidose en een teveel aan base staat bekend als alkalose. Elke afwijking van de pH-waarde van het bloed kan de lading die rode bloedcellen uit elkaar houdt veranderen en de functie of gezondheid van andere organen en systemen in het lichaam veranderen. Omdat botten vaak worden gebruikt als minerale bron voor bijvoorbeeld pH-buffering, zijn ze gevoelig voor veranderingen in de pH-waarde van het bloed. Afwijkingen kunnen de botdichtheid veranderen.

Een veel voorkomend gebruik van zuur in een organisme is maagzuur in de maag, dat voornamelijk bestaat uit zoutzuur in combinatie met kaliumchloride en natriumchloride. De pH-waarde is 1 tot 2. Bij het verteren van voedsel dat de maag binnenkomt, beginnen zuren een eiwitstructuur en vervolgens zijn bindingen af ​​te breken. Antacidatabletten kunnen overtollig maagzuur neutraliseren als het ongemak veroorzaakt.

Een lage pH kan de balans van natrium en chloride in het bloed van waterdieren veranderen. Waterstofionen worden in een cel opgenomen bij het verlies van natrium, wat de dood kan veroorzaken door ademhalingsfalen of het verlies van regulatie van de osmotische druk. Een pH-waarde van minder dan 4,5 kan verwoestend zijn voor aquatische milieus, maar hogere niveaus kunnen ook nadelige biologische effecten veroorzaken.