Hvilken type molekyl hindrer omfattende endringer i pH i levende organismer?

Celler i levende organismer må opprettholde riktig pH, eller syre-base balanse, for å fungere skikkelig. Riktig pH oppnås ved hjelp av fosfatbuffersystemet. Den består av dihydrogenfosfat- og hydrogenfosfationer i likevekt med hverandre. Dette buffersystemet motstår endringer i pH, fordi konsentrasjonene av dihydrogenfosfat og hydrogenfofationer i cellen er store sammenlignet med konsentrasjonene av sure eller basiske ioner produsert i cellen.

PH i en løsning måler konsentrasjonen av hydrogenioner, eller H +. Hydrogenioner er enkelt positivt ladede enheter, også kalt protoner. Jo flere hydrogenioner det er i en vannbasert løsning, jo surere blir løsningen. PH-skalaen måler loggen av H + ionkonsentrasjoner, slik at en større H + konsentrasjon vil gi et lavere tall. Loggskalaen går fra 0 til 14. En pH under 7 regnes som sur og en pH over 7 er alkalisk. En pH på 7 er definert som nøytral fordi antallet sure hydrogenioner, eller H +, og basiske hydroksylioner, eller OH-, i en løsning er like.

Et buffersystem består av en svak syre og dens tilsvarende svake base. En syre er definert som et molekyl som frigjør hydrogenioner i vann, og en base er et molekyl som aksepterer hydrogenioner. En svak syre eller svak base ioniserer, eller gir opp hydrogen eller hydroksylioner, bare litt i vann, mens sterke syrer og baser ioniserer nesten fullstendig. Når overflødige hydrogenioner er i bufferløsningen, sluker den svake basen opp hydrogenionene og skifter til den tilsvarende syren, samtidig som pH i løsningen bevares. Når en base tilsettes, reverseres reaksjonen, og den svake syren gir fra seg noen av hydrogenionene for å gjøre løsningen surere og endres til en svak base.

Fosfatbuffersystemet opprettholder den intracellulære pH-verdien i alle levende organismer. I dette buffersystemet tjener dihydrogenfosfationer som den svake syren. Hydrogenfosfationer representerer den svake basen. I vann eller i intracellulær væske er dihydrogenfosfat og hydrogenfosfat alltid i likevekt med hverandre. Graden av ionisering av dihydrogenfosfat-hydrogenfosfatsystemet er representert av dissosiasjonskonstanten, eller pKa, verdien, som uttrykkes som en logverdi. Fosfatbuffersystemet er godt egnet for levende celler fordi pKa er 7,21, som er veldig nær den fysiologiske pH.

I høyere organismer med sirkulasjonssystem kan ikke fosfatbuffersystemet opprettholde det rette pH i blod fordi dihydrogenfosfat- og hydrogenfosfationkonsentrasjonene ikke er høye nok. Bikarbonatbuffersystemet er i stand til å holde blodet ved en pH på ca. 7,4. Her er bikarbonat den svake syren og hydrogenkarbonation er den svake basen. Bikarbonat og hydrogenkarbonat dannes av oppløst karbondioksid i blodet. Overflødig karbondioksid utvises via lungene.